[发明专利]一种NiMo析氢电催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种NiMo析氢电催化剂的制备方法，属于电催化析氢领域。首先，将六水合硝酸镍和二水合钼酸钠分别制备成溶液；接着，将两种溶液均转移到反应釜中，向溶液中加入泡沫镍，进行水热反应，得到钼酸镍前驱体材料；然后，将制备的钼酸镍前驱体置于管式炉中，在氮气氛围下进行热处理，得到钼酸镍；最后，以钼酸镍为工作电极，锂片或者钠片为对电极，六氟磷酸锂或者六氟磷酸钠为电解质，组装获得锂电池或钠电池，将该电池静置设定时长后，对电池进行放电，得到NiMo析氢电催化剂。本发明方法不需要高温、强还原剂，过程相对温和，能精确控制材料的组成。

技术领域

本发明属于电催化析氢技术领域，更具体地，涉及一种NiMo析氢电催化剂的制备方法。

背景技术

析氢反应是电分解水的一个半反应，是将太阳能、风能、潮汐能等可再生能源转化为化学能的重要途径之一。尽管铂基催化剂具有最优异的析氢性能，但其商业化进程受制于铂元素稀少的储量以及高昂的价格。因此，开发设计具有类铂活性、价格低廉的非贵金属析氢电催化剂对于推动电分解水的大规模应用具有重要意义(见文献Guoqiang Zhao,KunRui,Shi Xue Dou,Wenping Sun,Heterostructures for electrochemical hydrogenevolution reaction:a review,Advanced Functional Materials,2018,28,1803291)。

近几年来，尽管各种析氢电催化剂(如过渡金属磷化物、硫化物、硒化物、碳化物等)不断涌现出来，NiMo材料仍然受到科研界最热切的关注。这是因为NiMo材料具有与铂类似的电子结构，这一本征特性使其更有希望成为贵金属铂的替代品。理论计算证实，镍原子是水分解的活性位点，而钼原子有利于氢中间体的吸附，两者协同作用可以促进水分解基元反应(如Volmer步骤，Tafel步骤，以及Heyrovsky步骤)的快速进行。在科研工作者的不懈努力下，已经有一些效果非常好的NiMo材料制备出来，如NiMo纳米粉末、NiMo纳米线、NiMo中空纳米棒等。可是，上述NiMo材料的制备常常需要使用强还原剂或者在高温下进行，对环境影响较大且对仪器设备要求较高。

因此，发展一种温和的制备NiMo电催化剂的方法迫在眉睫，意义也十分重大。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种NiMo析氢电催化剂的制备方法，目的在于，通过锂或者钠电池的放电成功将钼酸镍还原成NiMo材料。通过该方法制备的NiMo材料在碱性溶液中呈现出良好的催化析氢活性，其析氢过电位在电流密度为10mAcm^-2时，能够达到只比贵金属Pt/C小50mV的值，非常有希望取代贵金属铂应用于工业生产中。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种NiMo析氢电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将六水合硝酸镍和二水合钼酸钠分别加入到去离子水中，搅拌使两者完全溶解；(2)将步骤(1)制备的两种溶液转移到反应釜中，加入泡沫镍，进行水热反应，得到钼酸镍前驱体材料；(3)将步骤(2)制备的钼酸镍前驱体材料置于管式炉中，在氮气氛围下进行热处理，得到钼酸镍；(4)以步骤(3)所制备的钼酸镍为工作电极，锂片或者钠片为对电极，六氟磷酸锂或者六氟磷酸钠为电解质，在手套箱中组装获得锂电池或钠电池，将该锂电池或者钠电池静置设定时长后(譬如四小时后)，对其进行放电，放电产物经过95％乙醇和水清洗后，得到所述的NiMo析氢电催化剂。

优选地，所述六水合硝酸镍和所述二水合钼酸钠在所述去离子水中的质量浓度分别为7～8mg/ml和5.83～6.66mg/ml，所述六水合硝酸镍与所述二水合钼酸钠的镍钼元素摩尔比为1:1。

优选地，所述水热反应温度为160℃，所述水热反应时间为5～6小时。

优选地，所述热处理温度为室温～350℃，所述热处理时间为1～3小时。