[发明专利]一种银镍纳米团簇的制备方法及析氢应用

说明书

本发明公开了一种银镍纳米团簇的制备方法及析氢应用，属于电化学领域；该方法通过水热法合成空心镍微米球，用硼氢化钠还原硝酸银,生成的银纳米球附着在球外表面，得到银镍纳米团簇，本发明制得的银镍纳米团簇具有包覆结构且碱性析氢性能优异：在N₂饱和1 M KOH条件下，银镍纳米团簇的起始电位（即电流密度为‑1 mA·cm^‑2时的电位）比单质镍正移346 mV，且电流密度为‑10 mA·cm^‑2时，其析氢过电势为48 mV，比单质镍(456 mV)降低了408 mV。

技术领域

本发明属于一种银镍纳米团簇制备技术及应用领域，具体涉及一种银镍纳米团簇的制备方法以及碱性析氢催化应用。

背景技术

全球能源危机和环境恶化制约着人类社会的发展，而其加剧趋势引发了人们对可再生能源的迫切需求，以期替代化石燃料的资源。氢能以其储能密度大和环境友好性，被认为是理想的能源载体和清洁燃料。电解水是获得氢燃料的重要途径之一，其中最有效的电催化剂是铂族材料。然而，铂族材料的高成本和稀缺性严重阻碍了其广泛应用，而且在碱性介质中，铂族材料的氢原子动力学比在酸性介质中的低约2-3个数量级，因此，近年来，开发由成本较低、效率较高的元素组成的碱性析氢电催化剂一直是令人向往，但仍具有挑战性。

过渡金属镍或与其它金属组合合金由于其优异电催化性能被认为是有前途的电极材料，而银被认为是最好的导电金属。虽然银在酸性和碱性介质中通常表现出差强人意的活性，但本发明得到的银镍纳米团簇具有包覆结构表现出了意想不到的协同效应。使得银镍纳米团簇在碱性条件下析氢性能优越，这种活性增强可能是由于银镍纳米团簇具有优异的导电性和独特的包覆结构，以及银与镍之间的强协同效应。

发明内容

为了解决现有的技术问题，本发明提供了一种工艺简单，反应条件温和，操作简单，低成本的方法合成银镍纳米团簇。产物具有特殊包覆结构，电化学析氢性能优异等特点，为设计碱性析氢催化剂提供一条可行的方案。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

1) 将六水合氯化镍 (NiCl₂·6H₂O)，1,3,5-均苯三甲酸 (C₉H₆O₆)和柠檬酸(C₆H₈O₇) 依次加入到N,N-二甲基甲酰胺 (DMF)，去离子水和无水乙醇的混合溶剂中，搅拌均匀；

2) 将上述混合溶液倒入50 mL密闭聚四氟乙烯高压反应釜，加热反应一段时间；

3) 将反应后溶液分别用去离子水、无水乙醇离心清洗；

4) 将产物置于真空干燥箱中干燥处理，得到空心球型单质镍；

5) 取一定量的单质镍，硝酸银 (AgNO₃)，柠檬酸 (C₆H₈O₇)和硼氢化钠 (BH₄Na) 在磁力搅拌器的搅拌下依次加入到去离子水和无水乙醇混合溶剂中分散均匀；

6）将上述混合溶液置于聚四氟乙烯高压反应釜进行反应；

7）将反应后混合溶液置入离心管离心清洗，并将离心产物置于真空干燥箱作干燥处理，得到银镍纳米团簇；

8) 将样品进行析氢测试。

进一步，所述步骤1）中，镍源为六水合氯化镍，有机配体为1,3,5-均苯三甲酸，柠檬酸作为表面活性剂。

进一步，所述步骤2）中，加热温度为200 ℃，加热时间为12小时。

进一步，所述步骤3）中，离心速度为12000 rpm，离心时间为3分钟。