[发明专利]一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂及其制备方法与应用，属于新能源材料与电化学储能技术领域。本发明通过将乙酰丙酮镍(II)、乙二醇、水合肼混合，水热反应制得镍纳米链材料；随后加入硒粉、氢氧化钠、N,N‑二甲基甲酰胺、水合肼的混合溶液中，加热反应得到Ni₃Se₄多孔纳米链材料；并将所得Ni₃Se₄多孔纳米链材料分散于去离子水中，加入硫酸亚铁搅拌，并于50℃下加热反应得到Ni₃Se₄@FeOOH多孔纳米链。本发明公开利用简便化学水热法制备出核壳链状纳米结构镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂，该催化剂在析氧反应中表现了较低的过电位和良好的稳定性等优异的电化学性能，适于推广与应用。

技术领域

本发明属于新能源材料与电化学储能技术领域，涉及一种无机纳米催化材料的制备方法，具体公开了一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂的制备方法。

背景技术

随着能源和环境问题的全球危机，人们迫切需要探索清洁能源，电池和超级电容器等移动储能设备已得到广泛研究和高度发展。氢作为燃料电池的一种绿色可持续能源载体，由于其燃烧产物仅为水且能量密度高，被认为是传统天然化石燃料(即煤、石油等)的有前途的替代品。在迄今为止开发的各种制氢方法中，水分解被认为是最可能的一种，因为其产量高(99.6％)。通常，水分解涉及阴极部分发生的析氢反应(HER)和阳极部分发生的析氧反应(OER)。然而，由于阳极部分的四电子(4e^-)转移过程以及难以形成的氧-氧键，OER过程通常受到动力学缓慢的影响，需要高过电位。因此，探索具有先进OER性能的电催化剂具有重要意义，随着催化剂的设计和合成进行了大量研究，旨在实现高电极动力学和长期催化稳定性满足不同电解质环境下的需求。

迄今为止，最先进的OER电催化剂如IrO₂和RuO₂主要用于商业应用。尽管如此，它们的稀缺性和高成本使其不适合大规模工业生产。因此，人们一直致力于寻找地球上储量丰富且成本低廉的电催化剂，例如金属氧化物、(羟基)氢氧化物、硫化物、硒化物、磷化物、碳化物和碳质材料。在各种非贵金属电催化剂中，VIII族3d金属基硒化物由于其金属性质和高导电性而特别有前途，尽管镍基硒化物和钴基硒化物具有非常接近的物理化学性质，但由于镍的价格低于钴，因此预计镍基硒化物可能更适合OER。考虑到这一点，镍基硒化物可能是一组潜在的候选者，作为OER的电催化剂。遗憾的是，对于大多数镍基硒化物而言，产生的过电位仍然大于预期，无法满足工业应用的需求。

根据先前报道的与中间体在反应位点上吸附的反应机制密切相关的文献，可以发现镍基硒化物的大过电位的来源。在OER过程中产生的表面NiOOH类型在O*和OH*的吸附之间具有太大的差异。因此，我们打算解决这个问题，以开发面向OER的Ni基硒化物的催化剂。铁基材料由于其天然的丰富性、低成本、开放的结构和环境友好性，是一种很有吸引力的电化学水氧化催化剂。然而，羟基氧化铁作为催化剂的利用往往受到其较差的OER动力学和传质能力的阻碍。在大多数情况下，镍基催化剂的高过电位主要是由于对含氧中间体(*O，*OH，*OOH)的吸附能力较弱。单独羟基氧化铁导电性较差，但对含氧中间体的强吸附特性使其成为镍/钴基复合材料的理想代偿物。

因此，提供一种合成路线合理且具有优异性能的镍基催化剂及其制备方法是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂及其制备方法与应用。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种核壳链状镍基硒化物/羟基氧化铁复合催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：