CN111889119A - 一种Sn掺杂羟基亚磷酸镍纳米线组装的三维网状纳米结构材料及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Sn掺杂羟基亚磷酸镍纳米线组装的三维网状纳米结构材料及其制备方法和应用；将锡盐、镍盐和次磷酸钠溶解于水和异丙醇的混合溶剂中，将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Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构；在Ni位点引入Sn4+会产生更多的电子空位结构，暴露更多的活性位点，有效地调节Ni11(HPO3)8(OH)6的电子结构，增强导电性，提高亲水性；所述Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料作为析氧反应、析氢反应和全水分解反应的电催化剂，具有活性高、耐久性好以及制备工艺简单、成本低廉的优点，对研究水分解电催化电极材料的实际应用非常具有价值。
Description
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Sn掺杂羟基亚磷酸镍纳米线组装的三维网状纳米结构材料及其制备方法和应用。
背景技术
化石燃料的消耗及其使用带来的环境问题促使人类探索清洁和可持续的能源。水电解制氢提供了一种很有前景的可再生能源生产途径。这项技术的关键是开发高活性、耐久性和经济的电催化剂，有效降低水分解两个半反应阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)较大的过电位，以实现其商业应用。
羟基亚磷酸镍Ni11(HPO3)8(OH)6是一种三维八面体阵列结构，具有三角形和六角形通道，其独特的微孔通道可以将更多的活性位点暴露在电解液中，羟基和亚磷酸根两种质子受体可以加速质子和电子的快速转移，因此羟基亚磷酸镍成为电催化水分解优质催化剂的备选材料。
现有技术中羟基亚磷酸镍Ni11(HPO3)8(OH)6的制备方法复杂，且单一的Ni11(HPO3)8(OH)6在电催化水分解OER和HER反应时仍需要较大的过电位，催化活性低，不能满足电解水的工业化应用。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种Sn掺杂羟基亚磷酸镍纳米线组装的三维网状纳米结构材料及其制备方法和应用。利用低温化学液相法，在泡沫镍基底上直接一步合成Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构，合成工艺简单、成本低、环境友好，可应用于高效OER、HER和全水分解应用。在Ni位点引入Sn4+会产生更多的电子空位结构，有助于电子更快地转移，增强了导电性，提高了催化剂的亲水性，成为具有双功能催化活性的高效整体水分解催化剂。
本发明提供的一种Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的制备方法，包括以下步骤：将锡盐、镍盐和次磷酸盐依次溶解于水和异丙醇的混合溶剂中，将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Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料。
进一步地，所述锡盐为五水合四氯化锡；所述镍盐为六水合硝酸镍；所述次磷酸盐为次磷酸钠。
所述锡盐、镍盐、次磷酸盐的物质的量之比为0.2～0.6:1～2:2，优选为0.4:2:2。
所述次磷酸盐在水和异丙醇中的浓度为0.05M。
所述溶剂水和异丙醇的体积比为1～3:3～1，优选为1:3。
所述溶剂热反应的条件为160℃下反应4-8h，优选为160℃反应6h。
所述泡沫镍(NF)使用前需进行清洗，具体清洗步骤为：先用6M盐酸浸泡15min除去外层的氧化膜，然后用去离子水和无水乙醇各清洗3-5次；使用时，将泡沫镍裁剪成2×3cm大小尺寸。
所述洗涤为用去离子水和无水乙醇各清洗3-5次。
所述干燥为在空气氛中自然晾干。
本发明还提供了一种如上述制备方法制备得到的纳米线组装的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料，当Sn掺杂量为15.7％时，所述Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料的形貌由平均尺寸为10nm的纳米线组装形成。
本发明还提供了所述Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料作为析氧反应或析氢反应或全水分解反应电催化剂的应用。
所述Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料作为析氧反应(OER)电催化剂的应用时，具体方法为：将在泡沫镍上制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料剪成0.5×0.5cm大小作为工作电极，以1M KOH溶液为电解液，用CHI 760E电化学工作站进行测试。用铂丝和Ag/AgCl电极分别作为对电极和参比电极。采用线性扫描伏安法(LSV)在5.0mV·s-1的扫描速率且欧姆补偿为90％下获得极化曲线；通过在恒定电压下测定电流密度时间曲线获得稳定性。电化学活性面积(ECSA)通过在无明显法拉第区域不同扫描速率下(10，12，14，16，18，20和22mV·s-1)的循环伏安(CV)测量双电层电容(Cdl)进行评估；在105Hz至0.01Hz的频率范围之间进行电化学阻抗谱(EIS)测试。分别以商业RuO2负载在泡沫镍上和泡沫镍上制备的Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构作为工作电极，测量OER性能作为比较。
所述Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料作为析氢反应(HER)电催化剂的应用时，具体方法为：将在泡沫镍上制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料剪成0.5×0.5cm大小作为工作电极，以1M KOH溶液为电解液，用CHI 760E电化学工作站进行测试。用碳棒和Ag/AgCl电极分别作为对电极和参比电极。采用线性扫描伏安法(LSV)在5.0mV·s-1的扫描速率且欧姆补偿为90％下获得极化曲线；通过在恒定电压下测定电流密度时间曲线获得稳定性。电化学活性面积(ECSA)通过在无明显法拉第区域不同扫描速率下(10，12，14，16，18，20和22mV·s-1)的循环伏安(CV)测量双电层电容(Cdl)进行评估；在105Hz至0.01Hz的频率范围之间进行电化学阻抗谱(EIS)测试。分别以商业Pt/C负载在泡沫镍上和泡沫镍上制备的Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构作为工作电极，分别测量HER性能作为比较。
所述Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料作为全水分解反应电催化剂的应用时，具体方法为：将在泡沫镍上制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料剪成2个0.5×0.5cm大小分别作为阴极和阳极组装在双电极电解槽中，通过90％iR补偿的LSV极化曲线和在恒定电压下电流密度时间曲线测试全水分解性能。作为对比，研究了双电极电解槽中负载在泡沫镍上的贵金属RuO2作为阳极和Pt/C作为阴极的LSV极化曲线。
本发明中，Sn掺杂调节了催化剂的形貌和电子结构，减小了电阻，增大了电化学活性面积，提高了亲水性。Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6在Ni位点引入Sn4+会产生更多的电子空位结构，有利于电荷的快速转移；同时产生了大量的晶格缺陷，带来更多的活性位点，有利于吸附反应中间体。Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6具有三角形和六角形微孔通道，为电解质离子和气体分子的扩散提供了良好的通道，有利于有效电子的传递和活性位点在电解液中的暴露。羟基和亚磷酸根质子受体能够与水分子形成氢键，导致催化剂表面具有高的润湿性，有利于电解液渗透，进一步增进电解质和催化剂之间的电荷转移，从而提高催化活性。
与现有技术相比，本发明采用简单的化学液相法，H2PO2 -离子部分水解产生OH-离子，OH-离子与未水解的H2PO2 -离子发生歧化反应产生PH3分子和HPO3 2-离子。HPO3 2-离子进一步与Ni2+离子以及OH-离子反应产生Ni11(HPO3)8(OH)6，同时将Sn4+掺入晶格中。在水和异丙醇混合溶剂的诱导下在泡沫镍上形成了Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构。本发明所提供的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料对析氧反应、析氢反应和全水分解反应均表现出卓越的催化活性以及稳定性，而且制备工艺简单、环境友好、成本低，对研究水分解电催化电极材料的实际应用非常具有价值。
附图说明
图1为实施例1制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的X-射线粉末衍射(XRD)图；
图2为实施例1制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的能量色散X射线光谱(EDX)图；
图3为实施例1制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的扫描电子显微镜(SEM)图；
图4为实施例1制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的透射电子显微镜(TEM)图；
图5为实施例1制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的高分辨晶格条纹(HRTEM)图像；
图6为实施例1制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的扫描电镜图和相应的元素分布图；
图7为实施例1制备的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的红外光谱图；
图8为实施例1中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料接触角测量结果图；
图9为实施例2制备的Sn掺杂量为8.5％和21.8％的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的X-射线粉末衍射(XRD)图；
图10为实施例2制备的Sn掺杂量为8.5％和21.8％的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的能量色散X射线光谱(EDX)图；
图11为实施例2制备的Sn掺杂量为8.5％的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的扫描电子显微镜(SEM)图；
图12为实施例2制备的Sn掺杂量为21.8％的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的扫描电子显微镜(SEM)图；
图13为实施例1和实施例2制备的不同Sn含量(8.5％，15.7％和21.8％)的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的析氧反应(OER)的LSV曲线图；
图14为实施例3中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料析氧反应(OER)的LSV曲线图(插图为高电流密度下的极化曲线)；
图15为实施例3中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料析氧反应(OER)的电流密度时间曲线图；
图16为实施例3中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料析氧反应(OER)在不同扫速下的电容电流图；
图17为实施例3中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料析氧反应(OER)的阻抗图；
图18为实施例1和实施例2制备的不同Sn含量(8.5％，15.7％和21.8％)的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的析氢反应(HER)的LSV曲线图；
图19为实施例4中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料析氢反应(HER)的LSV曲线图(插图为高电流密度下的极化曲线)；
图20为实施例4中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料析氢反应(HER)的电流密度时间曲线图；
图21为实施例4中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料析氢反应(HER)在不同扫速下的电容电流图；
图22为实施例4中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料析氢反应(HER)的阻抗图；
图23为实施例5中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料在两电极系统中全水分解的极化曲线图(插图为高电流密度下的极化曲线)；
图24为实施例5中Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料在两电极系统中全水分解的电流密度时间曲线图。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明进行详细说明。
实施例1
一种Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的制备方法，包括以下步骤：
将2×3cm大小的泡沫镍浸泡在6M盐酸溶液中，15min后，用去离子水和无水乙醇分别清洗泡沫镍3次，干燥待用。准确量取10mL去离子水和30mL异丙醇加入洁净的小烧杯中，然后分别称取0.4mmol SnCl4·5H2O，2mmol Ni(NO3)2·6H2O以及2mmol NaH2PO2·6H2O加入小烧杯，搅拌溶解30min，获得均匀溶液。将溶液转移至50mL聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，把预先处理好的泡沫镍斜插入溶液中，密封并在160℃烘箱中反应6h，待反应结束后自然冷却至室温，将覆盖样品的泡沫镍用去离子水及无水乙醇各清洗3遍，然后将该泡沫镍放在真空干燥箱中60℃干燥8h，即可得到Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料。
用X-射线粉末衍射仪对实施例1所得产物进行物相表征，结果如图1所示，所有衍射峰均与JCPDS No.44-1327卡片中的六方相Ni11(HPO3)8(OH)6吻合。
使用能量色散X射线光谱(EDX)对实施例1所得产物进行分析，如图2所示。Sn、Ni和P元素原子百分比为0.2:1.0:0.9，表明Sn元素成功耦合到样品中，据此计算出Sn掺杂量为15.7％。
使用扫描电子显微镜(SEM)对实施例1制备的样品进行形貌分析，如图3所示，表明样品为纳米线组装成的三维网状纳米结构，纳米线平均尺寸为10nm。
使用透射电子显微镜(TEM)进一步观察样品的形貌，结果如图4所示，进一步表明样品是由纳米线组装而成，纳米线平均尺寸为10nm。
纳米线的高分辨透射电子显微镜(HRTEM)图像如图5所示，显示了连续的晶格条纹，说明其单晶性质，其中0.214nm的晶面间距对应于(411)晶面。但存在一些晶格缺陷，表明纳米线具有丰富的缺陷结构。
图6为Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料的扫描电镜图和相应的元素分布图。说明材料中Ni、P、O和Sn元素均匀分布，其中Sn元素分布的密度明显比Ni、P、O元素分布低。
利用红外光谱对产物进行表征，进一步证实了Ni11(HPO3)8(OH)6的成功制备。如图7所示，以3404cm-1为中心的宽吸收带为O–H伸缩振动，在2407cm-1处的吸收峰是P–H伸缩振动，1637cm-1处的峰为P–O–H弯曲振动，1059和1025cm-1处的吸收峰为P–O伸缩振动，582、535cm-1处的吸收峰为亚磷酸根的弯曲振动。
采用接触角法测量了Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维纳米结构的表面润湿性。图8为水滴滴到Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6薄膜表面后瞬间的水滴轮廓图，显示Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6膜的接触角为14o，表明产物的亲水性。
实施例2
Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料的制备方法，包括以下步骤：
准确量取10mL去离子水和30mL异丙醇加入洁净的小烧杯中，然后分别称取0.2mmol或0.6mmol SnCl4·5H2O，2mmol Ni(NO3)2·6H2O以及2mmol NaH2PO2·6H2O加入小烧杯，搅拌均匀。将干燥后的泡沫镍斜插入50mL聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜中，待溶液充分溶解后转移至反应釜中，密封后在烘箱中160℃反应6小时。待反应完全，自然冷却至室温，将覆盖样品的泡沫镍用去离子水及无水乙醇清洗几遍，再将泡沫镍放在真空干燥箱中60℃干燥8h，SnCl4·5H2O加入量为0.2mmol时，得到Sn掺杂量为8.5％的纳米线组装的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料；SnCl4·5H2O加入量为0.6mmol时，得到Sn掺杂量为21.8％的纳米线组装的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料。
用X-射线粉末衍射仪对实施例2所得产物进行物相表征，结果如图9所示，所有衍射峰均与JCPDS No.44-1327卡片中的六方相Ni11(HPO3)8(OH)6吻合。
使用能量色散X射线光谱(EDX)对实施例2所合成的纳米线进行分析，结果如图10所示。Sn、Ni和P元素原子百分比分别为0.1:1.0:0.8和0.3:1.0:1.1，据此计算出Sn掺杂量为8.5％和21.8％。
使用扫描电子显微镜(SEM)对实施例2制备的样品形貌进行分析，图11和图12分别是Sn掺杂量为8.5％和21.8％的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6的SEM图，表明样品均由纳米线组装成的三维网状纳米结构。
实施例3
一种Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维纳米结构材料作为析氧反应(OER)催化剂的应用。
具体应用方法为：将面积0.5×0.5cm的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线结构材料作为工作电极，用铂丝和Ag/AgCl电极分别作为对电极和参比电极在1.0M KOH电解质溶液中使用CHI 760E电化学工作站进行测试。分别以商业RuO2负载在泡沫镍上和泡沫镍上制备的Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维纳米结构作为工作电极，分别测量它们的OER性能作为比较。泡沫镍上的Ni11(HPO3)8(OH)6的制备是在实施例1的基础上省去了原料中的SnCl4·5H2O制备得到的。采用线性扫描伏安法(LSV)在5.0mV·s-1的扫描速率且欧姆补偿为90％下获得极化曲线。
图13为具有8.5％，15.7％和21.8％不同Sn含量的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6的析氧反应(OER)极化曲线。表明Sn掺杂量显著地影响OER活性，Sn掺杂量15.7％的样品优于8.5％和21.8％的样品。
图14为Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6、Ni11(HPO3)8(OH)6、RuO2和泡沫镍的析氧反应(OER)极化曲线，从图中可以看出，Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6材料只需要235mV低的过电位就可以实现50mA·cm-2的电流密度，分别比Ni11(HPO3)8(OH)6和商业RuO2小133mV和73mV。
此外，Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6材料可以在264mV和289mV较小的过电位下达到200mA·cm-2和500mA·cm-2的较大电流密度，图15是在过电位215，264，289mV下采用电流密度时间曲线评估OER电催化稳定性，从图中可以看出，经过14小时的连续电解反应，电流密度均保持为最初的98％以上，表现出优异的电催化稳定性。
图16为OER条件下不同扫速下的电容电流图，用双电层电容评估材料的电化学活性面积。Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6双电层电容为4.54mF·cm-2，大于Ni11(HPO3)8(OH)6的2.00mF·cm-2，表明Sn掺杂增大了样品的电化学活性表面积。
图17为OER条件下的电化学阻抗(EIS)图。表明Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米线结构材料的半圆直径小，说明其电阻小，Sn掺杂有利于促进电子转移。
实施例4
一种Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6材料作为析氢反应(HER)催化剂的应用。
具体应用方法为：将面积0.5×0.5cm的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6材料作为工作电极，用碳棒和Ag/AgCl电极分别作为对电极和参比电极，在1.0M KOH电解质溶液中使用CHI760E电化学工作站进行测试。分别以商业Pt/C负载在泡沫镍上和泡沫镍上制备的Ni11(HPO3)8(OH)6作为工作电极，分别测量它们的HER催化性能作为比较。泡沫镍上的Ni11(HPO3)8(OH)6的制备是在实施例1的基础上省去了原料中的SnCl4·5H2O制备得到的。采用线性扫描伏安法(LSV)在5.0mV·s-1的扫描速率且欧姆补偿为90％下获得极化曲线。
图18为具有8.5％，15.7％和21.8％不同Sn含量的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线的析氢反应(HER)极化曲线。表明Sn掺杂量也显著影响催化剂的HER活性，Sn掺杂量15.7％的样品达到最佳。
图19为Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6、Ni11(HPO3)8(OH)6、Pt/C和泡沫镍的析氢反应(HER)极化曲线，从图中可以看出，Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6在73mV过电位下就能达到10mA·cm-2电流密度，远小于Ni11(HPO3)8(OH)6催化剂的137mV。尽管Pt/C电极在低电流密度下显示出突出的HER活性，但在高电流密度下，材料极易脱落而影响活性。
此外，Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线结构可以在214mV和258mV较小的过电位下达到200mA·cm-2和500mA·cm-2的较大电流密度。采用恒定过电位125，214，258mV下电流密度时间曲线评估HER电催化的稳定性，如图20所示，经过14小时的连续电解反应，电流密度均保持为最初的94.5％以上，表现出良好的HER电催化稳定性。
图21为HER条件下不同扫速下的电容电流图，用双电层电容评估材料的电化学活性面积。Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6双电层电容为9.1mF·cm-2，大于Ni11(HPO3)8(OH)6的3.05mF·cm-2，表明Sn掺杂增大了样品的电化学活性表面积。
图22为HER条件下的电化学阻抗(EIS)图。表明Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米线结构材料的半圆直径小，说明其电阻小，Sn掺杂有利于加快电子转移速率。
实施例5
一种Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线结构材料作为全水分解反应催化剂的应用。
具体应用方法为：将2个面积为0.5×0.5cm的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构分别作为阳极和阴极组装在双电极电解槽中，在1.0M KOH电解质溶液中测试全水分解性能。并以RuO2和Pt/C分别作为阳极和阴极组成电对作为比较。
图23为90％iR补偿的LSV极化曲线。从图中可以看出，Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料在1.49V的电压下就能达到10mA·cm-2的电流密度，仅需要1.81V的电压就能驱动500mA·cm-2的大电流密度。尽管商业RuO2和Pt/C组成的电对在低电流密度下活性稍高，但因材料极易脱落而无法达到500mA·cm-2的大电流密度。
图24为恒定电压下电流密度时间曲线。从图中可以看出，Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6三维网状纳米结构材料在恒定电压1.517，1.69和1.81V下连续电解14小时并没有发生明显的衰减，电流密度均保持为最初的97.8％以上，说明在双电极电解槽中具有优异的耐久性。
上述参照实施例对一种Sn掺杂羟基亚磷酸镍纳米线组装的三维网状纳米结构材料及其制备方法和应用进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种Sn掺杂羟基亚磷酸镍纳米线组装的三维网状纳米结构材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
将锡盐、镍盐和次磷酸盐溶解于水和异丙醇的混合溶剂中，将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Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述锡盐为五水合四氯化锡；所述镍盐为六水合硝酸镍；所述次磷酸盐为次磷酸钠。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述锡盐、镍盐和次磷酸盐物质的量之比为0.2～0.6:1～2:2。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述次磷酸盐在水和异丙醇混合溶剂中的浓度为0.05M。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述水和异丙醇的体积比为1～3:3～1。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂热反应条件为160℃下反应4-8h。
7.一种如权利要求1-6任意一项所述的制备方法制备得到Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料。
8.如权利要求7所述的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料作为析氧反应(OER)电催化剂的应用。
9.如权利要求7所述的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料作为析氢反应(HER)电催化剂的应用。
10.如权利要求7所述的Sn掺杂Ni11(HPO3)8(OH)6纳米线组装的三维网状纳米结构材料作为全水分解反应电催化剂的应用。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 罗旭东等: "Ni_2P的水热合成与表征", 《应用化工》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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