CN110668406B - 一种硒化镍纳米片的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种硒化镍纳米片的制备方法，所述方法为将乙酰丙酮镍溶液和含硒溶液进行升温反应得到硒化镍纳米片。本发明还公开了一种所述硒化镍纳米片作为燃料电池析氧反应催化剂的应用。本发明所得硒化镍纳米片应用于燃料电池析氧反应中，具有新型、高效、成本低的优点。

Description

一种硒化镍纳米片的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种硒化镍纳米片的制备方法及其应用。
背景技术
随着不可再生燃料的供应减少，人们越来越关注与其有关的气候变化，污染和能源安全问题。然而我们需求的大部分能源还是来自传统化石燃料（煤、石油和天然气等），而这些能源是不可持续的，只有有限的储备。严峻的能源危机和由化石能源消费产生的环境污染，日益危及人类社会可持续发展。因此，人们都在寻找清洁能源和可再生资源。清洁能源的核心是需要先进的能量转换系统，如水电解，燃料电池等。燃料电池兼具高能效、无噪声、无污染、可连续稳定工作等特点，被认为是21世纪最有发展前景的新能源技术。将普通H2-O2燃料电池和水解池按一定的方式组会得以循环进行，即构成可再生H2-O2燃料电池。在水电解池中，将H2O送入电解装置，输入电脑，H2O分解成H2和O2,涉及阳极析氧反应（OxygenEvolution Reaction,OER），将电能以化学能的方式储存起来。在阳极上发生OER时所需的理论电压为1.23V。然而在商业化水分解的体系中，水的全分解需要电压1.8-2.0V，才能驱动水分解产生清洁能源。因此采用高效催化水分解的催化剂能够大大降低水分解的过电势。尽管IrO2和RuO2也是目前催化OER性质最好的电催化剂，然而缺点在于IrO2和RuO2价格昂贵，进一步限制了催化剂的商业化应用。
而在设计燃料电池的过程中，提高析氧反应（OER）的反应效率成为商业化应用的关键。设计高效、耐用的析氧反应电催化剂材料的关键原则在于：1.存在大量的活性位点；2.优异的导电性；3.稳定的催化活性结构。
文献研究表面，OER因较强O=O键，需要多步电子传递及转移，导致动力学缓慢，催化剂的过电位过高。因此在设计燃料电池的过程中，降低OER的过电位成为商业化应用的关键。当今纳米技术的发展给新型可再生型H2-O2燃料电池电催化剂的设计带来新契机。在过去的几年里，科学家们也一直致力于开发具有高性能、高选择性、高稳定性及低成本的纳米催化剂。同时值得注意的是，引入一种或多种金属在结构缺陷处的诱导选择性生长，进一步促进了多组分金属纳米晶表界面几何结构和电子结构的调控，为优化催化反应提供了较大空间。例如Strickler课题组可控合成的核壳Au@CoFeOx因Au和金属氧化物纳米晶（Au@MxOy，M=Ni，Co，Fe和CoFe），以OER为探针反应，电化学测试表面，Au@CoFeOx因Au和金属氧化物之间的耦合效应，提高了催化剂的催化活性和温度性。
因此，研发高效的多元纳米晶催化剂是目前的研究热点；在可再生能源技术的发展过程中，寻求高效廉价、特殊结构的合金纳米晶，特别是可用于OER的电催化剂具有重要意义和巨大挑战。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种硒化镍纳米片的制备方法，所得硒化镍纳米片应用于燃料电池析氧反应中，具有新型、高效、成本低的优点。
技术方案：本发明所述一种硒化镍纳米片的制备方法，所述方法为将乙酰丙酮镍溶液和含硒溶液进行升温反应得到硒化镍纳米片。
优选地，所述方法的具体操作步骤如下：将乙酰丙酮镍、硒粉分别溶于苯甲醇和十八碳烯中后混合，升温后恒温砂浴反应，反应物经分散沉降、离心分离得到硒化镍纳米片。
优选地，所述恒温反应中，反应温度为230-270℃，反应时间为1-5h。
优选地，所述恒温反应中，反应温度为250℃，反应时间为3h。
优选地，所述升温的速率为3-10℃/min。
优选地，所述乙酰丙酮镍、硒的摩尔比为1：2。
优选地，所述分散沉降中，采用正庚烷与无水乙醇的混合液进行分散沉降。
本发明还公开了一种将所述制备方法制得的硒化镍纳米片作为燃料电池析氧反应催化剂的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明所制得的焦石纳米片具有优异的析氧性能，能够高效催化燃料电池中的析氧反应，经检测性能优于目前市售的IrO2，对于可再生能源技术发展具有重要的指导意义。此外，本发明所涉及的硒化镍纳米片通过固液相化学反应制备，在常压和较低的温度下可控地合成了硒化镍纳米片，同时由于采用“水热溶剂法”的方式，利用砂浴程序控温模式得到硒化镍纳米片，工艺简单，反应温度低，产率高，适合于批量生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中硒化镍纳米片的XRD图。
图2为本发明实施例1中硒化镍纳米片的TEM图。
图3为本发明实施例1中硒化镍纳米片的OER性能测试图。
具体实施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
实施例1
一种硒化镍纳米片的制备方法，操作步骤如下：室温下，称量2mmol乙酰丙酮镍和5mL苯甲醇加入到干燥洁净的三口烧瓶中；称量4mmol硒粉和3.5mL十八碳烯酸加入到干燥洁净的烧杯中，超声并搅拌至溶解，得到溶液。将烧杯中的溶液转移至三口烧瓶中，然后搭好砂浴装置，直接升温至250℃后恒温反应3h，待反应器自然冷却至室温，用1：1无水乙醇正庚烷混合液洗涤3次，离心分离固体；将固体洗涤后得到黑色产物，将黑色产物在60℃真空干燥箱中干燥2h，得到硒化镍纳米片。
对得到的硒化镍纳米片采用XRD和TEM分别对产品进行分析，结果分别如图1-2所示；图1为样品的XRD图，XRD显示其主要产物为单斜晶和立方体结构的硒化镍（65-1120、11-552）；图2为样品的TEM图，从图中可以看出样品为不规则单分散片状结构。基于上述分析可知，所述方法得到的产物为硒化镍纳米片。
试验例1
对实施例1得到的硒化镍纳米片进行性能检测，检测方法如下：实验前，将直径为5mm的旋转圆盘电极依次用1.0μm、0.3μm和0.05μm的Al2O3粉磨至镜面，然后超声清洗，最后用二次蒸馏水淋洗干净，在室温N2气氛下干燥待用。将5mg实施例1得到的硒化镍纳米片分散到250μL乙醇和50μL1%萘酚的混合液中，分散均匀后加入700μL的水，获得5mg/mL的硒化镍纳米片的悬浮液。先后将10µL所述悬浮液和4µL1%萘酚溶液分别分散在旋转圆盘电极表面并在N2氛围中干燥，得到硒化镍纳米片修饰电极。
OER测试前，先向溶液中通入30min的高纯O2，以除去溶液中溶解的其它气体，并在实验过程中继续通O2以保持溶液的O2氛围。LSV测试也是在O2氛围中进行，相应的电化学扫描速率为10mV/s，转速设定1600rpm，扫描范围为0V-1.0V。
检测结果如图3所示，测试结果表面，所述硒化镍纳米片的催化活性及稳定性优于市售IrO2催化剂。
实施例2
将实施例1中的反应温度替换为230℃，反应时间替换为5h，直接升温替换为按照3℃/min的速率进行升温，其他操作均与实施例1相同。
实施例3
将实施例1中的反应温度替换为270℃，反应时间替换为1h，直接升温替换为按照10℃/min的速率进行升温，其他操作均与实施例1相同。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。

Claims (7)

1.一种硒化镍纳米片的制备方法，其特征在于，所述方法为将乙酰丙酮镍溶液和含硒溶液进行升温反应得到硒化镍纳米片；所述方法的具体操作步骤如下：将乙酰丙酮镍、硒粉分别溶于苯甲醇和十八碳烯中后混合，升温后恒温反应，反应物经分散沉降、离心分离得到硒化镍纳米片。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述恒温反应中，反应温度为230-270℃，反应时间为1-5h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述恒温反应中，反应温度为250℃，反应时间为3h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述升温的速率为3-10℃/min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述乙酰丙酮镍、硒的摩尔比为1：2。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述分散沉降中，采用正庚烷与无水乙醇的混合液进行分散沉降。
7.一种将权利要求1-6任一项所述制备方法制得的硒化镍纳米片作为燃料电池析氧反应催化剂的应用。
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