[发明专利]一种镍基电催化材料及其制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种镍基电催化材料，其分子通式为Nisubgt;x/subgt;Sesubgt;y/subgt;@NC，其中，x/y＝0.5、0.85或1。该镍基电催化材料的制备方法包括如下步骤：S1、利用溶剂热反应制备镍基金属有机框架物，记为Ni‑MOF；S2、将所述镍基金属有机框架物与商业硒粉混匀后，以程序升温的方式加热进行退火后，自然降温得到所述电催化材料。本发明的优点在于，本发明提供了一种电子结构可调控的氮掺杂碳包覆的硒化镍电催化氢气析出材料的制备方法，通过调整硒化温度和进料比制备了一系列不同物相的葡萄状的Nisubgt;x/subgt;Sesubgt;y/subgt;，为硒化镍材料物相的合成及其优化提供了指导。

技术领域

本发明属于新能源纳米材料合成及电化学技术领域，具体地说，涉及一种类葡萄状的Ni_xSe_y@NC电催化材料的制备方法及其用途。

背景技术

作为传统化石燃料有前途的替代方法，氢能由于能量转换效率高和环境友好的特点已引起人们的广泛关注。与传统的氢气制备方法相比，比如甲烷重整和碳氢化合物的部分氧化，电化学水分解制备氢气显示出能耗低、效率和纯度高的优势。析氢反应（HER）作为水分解的半反应，需要有效的电催化剂以低的过电势实现高的电流密度。铂族金属（PGM）电催化剂被认为是HER活性最高，最稳定的催化剂，但是稀缺性和高成本阻碍了它们的广泛应用。具有可调节电子结构和耐酸/碱性能的碳基材料已被证明是用于HER有效的电催化剂。但是，正如氢吸附吉布斯自由能所证明的那样，碳基材料有时在电化学反应中表现出化学惰性。

为了减少固有的限制，用杂原子（例如N，P，S，B等）掺杂碳基材料可以刺激电荷从碳原子转移到相邻的杂原子，从而优化氢吸附吉布斯自由能。此外，由于过渡金属硒化物与碳材料具有很强的相互作用，将硒化物封装在掺有杂原子的碳基质中，以构建两者的复合材料，这将有助于调节电催化剂的电子结构，进一步提高HER催化活性。尽管对电催化剂的调节是必不可少的，但可能由于有限的制备方法，很少有报道集中在基于具有高HER活性的高效复合材料的电子结构调节机理的深入了解。近年来，金属有机框架物已被用作衍生电催化剂的理想模板或前驱体，然而，对该复合材料化学计量比的精确调节仍需要进一步的系统研究。

因此，制备化学计量比可调控的氮掺杂的碳包覆的不同种类的硒化镍电催化氢气析出材料是该领域具有挑战性的研究课题。

发明内容

本发明提供了一系列类葡萄状的Ni_xSe_y@NC电催化材料及其制备方法和用途，解决了目前此类材料物相及电子结构调控问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种镍基电催化材料，其分子通式为Ni_xSe_y@NC，其中，x/y = 0.5、0.85或1。

一种如前述的镍基电催化材料的制备方法，其包括如下步骤：

S1、利用溶剂热反应制备镍基金属有机框架物，记为Ni-MOF；

S2、将所述镍基金属有机框架物与商业硒粉混匀后，以程序升温的方式加热进行退火后，自然降温得到所述电催化材料。

作为优选方案，所述镍基金属有机框架物的制备方法为：

将硝酸镍、均苯四甲酸、4,4'-联吡啶和聚乙烯吡咯烷酮在N，N-二甲基甲酰胺中混匀后，在100~130℃下进行反应，得到所述镍基金属有机框架物。

作为优选方案，所述聚乙烯吡咯烷酮的重均分子量为58000。

作为优选方案，所述商业硒粉与Ni-MOF的重量比为1：1.5、1：2或1：1。