[发明专利]一种Pt纳米颗粒负载二氧化钼/氢氧化镍纳米片阵列结构材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Pt纳米颗粒负载二氧化钼/氢氧化镍纳米片阵列结构材料及其制备方法和应用，将镍盐、钼盐、还原剂和铂源水溶液溶解于氨水中，加入甲醇，搅拌均匀后，继续加入铂源水溶液混合均匀，将混合溶液转移至反应釜中，将泡沫镍倾斜置于溶液中，进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，产物经洗涤、干燥，制备得到产物；产物中的MoOsubgt;2/subgt;的金属性使其作为电子供体存在于材料中，极大降低Ni(OH)subgt;2/subgt;与泡沫镍基底以及Ni(OH)subgt;2/subgt;与Pt纳米颗粒之间的肖特基势垒，加快反应过程的电子转移；同时，高价的Mo离子能够很好地稳定界面上活性Nisupgt;2+/supgt;离子，进一步提高材料的催化稳定性；其作为析氢或全水分解反应阴极催化剂材料，具有催化活性高、稳定性优异以及制备工艺简单的优点。

技术领域

本发明属于纳米材料制备方法及电催化应用领域，具体涉及一种Pt纳米颗粒负载MoO₂/Ni(OH)₂纳米片阵列结构材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢能是一种无污染、可持续的清洁能源。碱性环境下电解水产氢是氢气的重要来源之一。众所周知，Pt是一种优异的析氢反应催化剂。然而，碱性环境下Pt表面的水解离效率低、成本昂贵，使其很难大规模应用于工业化生产应用。由于目前报道的非贵金属电催化剂的性能普遍低于Pt基催化剂，因此，降低Pt用量同时提高材料整体的水解离效率是一种可行的方法。

过渡金属氢氧化物能够有效断裂HO-H键，将其与铂结合，往往能得到具有良好析氢催化活性的材料。尽管如此，由于氢氧化物本身的弱导电性以及金属氢氧化物与底物以及Pt与金属氢氧化物界面上存在的肖特基势垒，极大地阻碍了材料各组分间的电子转移。MoO₂是一种具有扭曲金红石结构的金属半导体，有较为明显的金属性能和高的导电性。将其引入Pt/氢氧化物复合结构中能极大地削弱材料本身存在的肖特基势垒，加快界面电荷传输速率。同时，高价的Mo离子还能稳定界面上的活性Ni²⁺离子。因此，将Pt、MoO₂和Ni(OH)₂三种物质结合，有望设计出一种低成本、高活性和高稳定性的析氢电催化剂。

在现有技术中，Pt纳米颗粒负载金属氢氧化物催化剂的合成方法大多为复杂的两步反应，难以将Pt纳米粒子均匀沉积在预先制备的载体上，并且通常未消除或减小肖特基势垒对于材料性能的负面影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Pt纳米颗粒负载MoO₂/Ni(OH)₂纳米片阵列结构材料及其制备方法，利用低温化学液相法，在导电泡沫镍基底上直接一步合成Pt纳米颗粒负载MoO₂/Ni(OH)₂纳米片阵列结构材料，合成工艺简单，成本低。

本发明的另一目的在于提供一种Pt纳米颗粒负载MoO₂/Ni(OH)₂纳米片阵列结构材料作为析氢反应(HER)或全水分解反应电催化剂的应用。

本发明提供的一种Pt纳米颗粒负载MoO₂/Ni(OH)₂纳米片阵列结构材料的制备方法，包括以下步骤：将镍盐、钼盐、还原剂和铂源水溶液溶解于氨水中，加入甲醇，搅拌均匀后，继续加入铂源水溶液混合均匀，将混合溶液转移至反应釜中，将泡沫镍倾斜置于溶液中，进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，产物经洗涤、干燥，即可制得Pt纳米颗粒负载MoO₂/Ni(OH)₂纳米片阵列结构材料。

进一步地，所述镍盐为六水合硝酸镍；所述钼盐为四水合七钼酸铵；所述还原剂为硼氢化钠；所述铂源水溶液为氯铂酸水溶液。

所述氨水和无水甲醇的体积之比为3:1。