[发明专利]产氢催化剂二硒化镍纳米颗粒@碳纳米片复合材料及制备方法与应用

说明书

本发明公开了产氢催化剂二硒化镍纳米颗粒@碳纳米片复合材料及制备方法与应用，属于催化材料领域。所述方法为1）将二价镍盐、柠檬酸和尿素共同溶解于水中，所得溶液经过蒸发形成凝胶，凝胶在管式炉中高温碳化/还原形成Ni/C复合材料；2）将Ni/C复合材料与硒粉在管式炉中通过气相扩散化合反应，在特定的温度下获得NiSe₂纳米颗粒@碳纳米片复合材料。本发明首先以碳含量可控的单质镍/碳材料作为原料，通过控制硒化法制备碳含量可控的NiSe₂纳米颗粒@碳纳米片复合材料，优化后的材料用于电解产氢催化剂，展现了良好的催化活性。该发明技术方法简单、安全高效且实现相组成可控。

技术领域

本发明属于催化材料领域，具体涉及一种产氢催化剂二硒化镍纳米颗粒@碳纳米片复合材料及制备方法与应用。

背景技术

由于具有高的能量密度、无污染、可再生等特性，氢能是未来能源的重要组成部分。通过电催化分解水制备氢气是一种便利和高效的方法。水分解主要包括两个半反应：阳极上的析氧(Oxygen Evolution Reaction,OER)与阴极上的析氢(Hydrogen EvolutionReaction,HER)反应。但是，在分解过程中由于极化，特别是电化学极化会产生比较大的过电位，严重影响电解水的效率以及实际应用。

通过引入高效的电催化剂能够有效降低电解过程中的过电位，提高水分解效率，经典的HER催化剂是稀贵金属氧化物RuO₂，但RuO₂存在成本高、储量低的问题，难以规模化应用。开发廉价、常见的HER催化剂成为电催化剂研究的热点之一。例如，具有合理d电子结构的过渡金属是Ru的主要替代元素，已报道的过渡金属化合物包括氧化物、氢氧化物、硫化物、氮化物等；其中，硒化物以其最优的本征导电性，使该类材料的HER性能较好。硒化物种类繁多，常见的有NiSe_x、FeSe_x以及CoSe_x，NiSe₂是一类较为广泛研究的硒化物，在构建NiSe₂电催化剂时，存在2个技术问题：(1)为了提高NiSe₂的比表面积，将NiSe₂设计制备成纳米颗粒，但纳米颗粒由于表面能较大，容易团聚，防止NiSe₂团聚是其中的技术关键。(2)为了抑制NiSe₂的团聚，同时提高稳定性，在制备NiSe₂时加入碳基底材料，但碳基底难以与NiSe₂有效结合且碳含量如何有效控制并优化。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种产氢催化剂NiSe₂纳米颗粒@碳纳米片复合材料及其制备方法，该方法可以有效并且可控的制备NiSe₂纳米颗粒@碳纳米片复合材料，NiSe₂呈现纳米颗粒结构，并分散于合理量的碳中，提升它们作为电化学产氢催化剂的性能。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种NiSe₂纳米颗粒@碳纳米片复合材料的制备方法，包括以下步骤：

1)将二价镍盐、柠檬酸和尿素共同溶解于去离子水中，所得溶液经过蒸发形成凝胶，凝胶在管式炉中高温碳化/还原形成Ni/C复合材料；

2)将Ni/C复合材料与硒粉在管式炉中通过气相扩散化合反应，在特定的温度下获得NiSe₂纳米颗粒@碳纳米片复合材料。

步骤1)中，所述二价镍盐为硝酸镍或氯化铁。

步骤1)中，所述二价镍盐、柠檬酸与尿素的质量比为0.2:1:5至1:1:5。

步骤1)中，所述蒸发是在80-85℃保温蒸发4-5小时。

步骤1)中，所述碳化的温度为500-800℃。