CN112169812A - 一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法 - Google Patents
一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112169812A CN112169812A CN202011004122.XA CN202011004122A CN112169812A CN 112169812 A CN112169812 A CN 112169812A CN 202011004122 A CN202011004122 A CN 202011004122A CN 112169812 A CN112169812 A CN 112169812A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- self
- shell nano
- water
- supporting core
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 46
- 239000011258 core-shell material Substances 0.000 title claims abstract description 42
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 180
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 81
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052961 molybdenite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 229910052982 molybdenum disulfide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 36
- UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N thiourea Chemical compound NC(N)=S UMGDCJDMYOKAJW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 30
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 23
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 18
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 18
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 14
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Natural products NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P ammonium molybdate Chemical compound [NH4+].[NH4+].[O-][Mo]([O-])(=O)=O APUPEJJSWDHEBO-UHFFFAOYSA-P 0.000 claims description 12
- 229940010552 ammonium molybdate Drugs 0.000 claims description 12
- 235000018660 ammonium molybdate Nutrition 0.000 claims description 12
- 239000011609 ammonium molybdate Substances 0.000 claims description 12
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 11
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 9
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 9
- 239000012279 sodium borohydride Substances 0.000 claims description 9
- 229910000033 sodium borohydride Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 8
- CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N Ascorbic acid Chemical compound OC[C@H](O)[C@H]1OC(=O)C(O)=C1O CIWBSHSKHKDKBQ-JLAZNSOCSA-N 0.000 claims description 6
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 4
- NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N (2s)-2,6-diaminohexanoic acid;(2s)-2-hydroxybutanedioic acid Chemical compound OC(=O)[C@@H](O)CC(O)=O.NCCCC[C@H](N)C(O)=O NWZSZGALRFJKBT-KNIFDHDWSA-N 0.000 claims description 3
- 239000011668 ascorbic acid Substances 0.000 claims description 3
- 229960005070 ascorbic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 235000010323 ascorbic acid Nutrition 0.000 claims description 3
- IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N hydrazine monohydrate Substances O.NN IKDUDTNKRLTJSI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 16
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 abstract description 15
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 9
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 abstract description 6
- 229920005596 polymer binder Polymers 0.000 abstract description 6
- 239000002491 polymer binding agent Substances 0.000 abstract description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004073 vulcanization Methods 0.000 abstract description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 7
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 6
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000002073 nanorod Substances 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N molybdenum disulfide Chemical compound S=[Mo]=S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- QHASIAZYSXZCGO-UHFFFAOYSA-N selanylidenenickel Chemical compound [Se]=[Ni] QHASIAZYSXZCGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- WWNBZGLDODTKEM-UHFFFAOYSA-N sulfanylidenenickel Chemical compound [Ni]=S WWNBZGLDODTKEM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- -1 transition metal chalcogenide Chemical class 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/02—Sulfur, selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/057—Selenium or tellurium; Compounds thereof
- B01J27/0573—Selenium; Compounds thereof
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/40—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/16—Reducing
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/20—Sulfiding
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
- C25B1/01—Products
- C25B1/02—Hydrogen or oxygen
- C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：步骤1，对泡沫镍进行预处理；步骤2，对经步骤1处理后的泡沫镍进行硒化处理；步骤3，采用步骤2所得产物进行自支撑核壳纳米电催化剂的制备。本发明利用泡沫镍为制备高效水裂解催化剂的载体，通过后期的硒化和硫化，制备用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2。不仅保证了用于制备催化剂的材料储量丰富、成本低，而且自支撑催化剂的制备避免了对聚合物粘结剂的使用，进一步避免了其对电极的孔隙率和活性位点数量的影响，提高了催化活性，为后续开发用于全电解水的自支撑的非贵金属基电催化剂的发展提供一种新方法。
Description
技术领域
本发明属于催化和储能技术领域，涉及一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法。
背景技术
煤、石油等传统化石燃料的过渡消耗造成了能源短缺和环境污染等问题，使得人们对绿色、可持续和清洁能源的生产有着迫切的需求。氢能源具有高能量、零污染的特点，是一种被认为可以用来替代传统能源优质能源。其中，水裂解制氢具有能量高、密度大、环境友好等特点，被认为是生产氢能源的有效方法。电解水反应主要包括两个半反应：析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，其在燃料电池、锌空电池和防腐保护等领域起着关键作用。然而，由于在HER和OER中不可避免的动态过电位，电解效率受到严重限制，高效电催化剂的设计和开发对于降低过电位具有重要意义。因此，寻找高效的HER和OER双功能电催化剂成为目前研究的一个重要方向。
目前，用于HER最有效的电催化剂材料主要是铂(Pt)基材料，用于OER最有效的电催化剂材料主要是铱(Ir)和钌(Ru)氧化物。然而，这些材料均存在成本高、储量低等缺点，阻碍了其广泛应用。为了降低催化剂的成本，基于过渡金属元素的电催化剂受到了人们的广泛关注，并有望在实际应用中替代传统的贵金属催化材料。与贵金属催化剂的催化机理有所不同，过渡金属的金属阳离子由于d层电子较难以得到或失去，表现出比贵金属基材料较弱的催化活性。常规方法构建金属氧化物电极，主要是将其负载碳材料并与聚合物粘结剂复合。高导电碳材料提供快速电子传输通道，而金属位点催化活性高，二者的复合可以获得高催化活性的电极。然而，由于聚合物粘结剂降低了电极的孔隙率和活性位点数量，且具有对氧气和氢气的高粘附性，其活性难以进一步提高。在自支撑阵列电极的研究中，相对于单一的金属氧化物，核壳结构或者二者杂化的催化剂材料的电导率提高了1-2个数量级，显著提高了材料的金属活性位点数量，进而大幅提高水裂解催化剂的活性并降低催化成本。
泡沫镍作一种新型的功能材料具有特殊结构和优异的性能，在燃料电池、电池电极材料、催化剂材料、过滤器、吸声材料等领域中都有广泛应用。在诸多过渡金属硫族化合物材料中，镍基化合物具有优异的电化学性能，而硒化镍与氧化镍、硫化镍相比，具有更强的金属性和更高的电导率。研究证明，NF的3D结构具有更大的表面积，已被证明可为水裂解反应提供了更多的活性位点。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，该方法利用泡沫镍为制备高效水裂解催化剂的载体，通过后期的硒化和硫化，制备用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2。
本发明所采用的技术方案是，一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，对泡沫镍进行预处理；
步骤2，对经步骤1处理后的泡沫镍进行硒化处理；
步骤3，采用步骤2所得产物进行自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2的制备。
本发明的特点还在于，
步骤1的具体过程为：
将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1～2h，再用3mol/L的盐酸溶液处理1～2h，以去除泡沫镍表面的氧化物。
步骤2的具体过程为：
将硒粉和还原剂加入耐压瓶中，并向耐压瓶中加入25mLH2O，将油浴锅加热至70～90℃后，将耐压瓶进行油浴至硒粉溶解后，转移至50mL反应釜，加入2～4片经步骤1处理的泡沫镍，在150～200℃下反应6～10h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
步骤2中硒粉和还原剂的质量比为1～4:1。
步骤2中还原剂为硼氢化钠、水合肼和抗坏血酸中的至少一种。
步骤3的具体过程为：
称取钼酸铵和硫脲加入烧杯中，并向烧杯中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入2～4片经步骤2硒化后的泡沫镍，在180～220℃下反应18～20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干，即得。
钼酸铵和硫脲的物质的量之比为1:5～30。
本发明的有益效果如下：
1.本发明制备得到的纳米棒的尺寸及催化剂的结构组成有一定的可控性；
2.本发明制备的自支撑催化剂材料避免了对聚合物粘结剂的使用，避免了其对电极的孔隙率和活性位点数量的影响；
3.本发明所使用的原材料储量丰富，成本低的非贵金属材料，为所制备的全解水催化材料的广泛应用提供了可能；
4.本发明制备得到的催化剂不仅可以用于电解水产生氧气，而且可以电解水产生高纯氢气。
附图说明
图1是本发明一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法实施例1制备的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2的TEM图；
图2是本发明一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法实施例1制备的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2的XRD谱图；
图3是本发明一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法实施例1制备的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2用于OER的极化曲线图；
图4是本发明一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法实施例1制备的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2用于HER的极化曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，对泡沫镍进行预处理；
将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1～2h，再用3mol/L的盐酸溶液处理1～2h，以去除泡沫镍表面的氧化物。
步骤2，对经步骤1处理后的泡沫镍进行硒化处理；
将硒粉和还原剂(NaBH4)(硒粉和还原剂NaBH4的质量比为1～4:1)加入耐压瓶中，并向耐压瓶中加入25mLH2O，将油浴锅加热至70～90℃后，将耐压瓶进行油浴至硒粉溶解后，转移至50mL反应釜，加入2～4片经步骤1处理的泡沫镍，在150～200℃下反应6～10h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
还原剂可以是硼氢化钠、水合肼和抗坏血酸中的一种或者两种以上；
步骤3，采用步骤2所得产物进行自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2的制备。
称取钼酸铵和硫脲(钼酸铵和硫脲的物质的量之比为1:5～30)加入烧杯中，并向烧杯中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入2～4片经步骤2硒化后的泡沫镍，在180～220℃下反应18～20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干，即得。
最后制备得到的纳米棒的尺寸及催化剂的结构组成有一定的可控性；且催化剂不仅可以用于电解水产生氧气，而且可以电解水产生高纯氢气。
实施例1
一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂(NixSy@MoS2/NiSe2)的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，泡沫镍的处理：将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1h(边搅拌边处理)，再用3mol/L的盐酸溶液处理2h(边搅拌边处理)，以去除泡沫镍表面的氧化物；
步骤2，硒化处理：用电子天平称量20mg硒粉和20mg NaBH4(m硒粉:mNaBH4＝1:1)加入耐压瓶中，向其中加入25mLH2O；油浴锅加热至90℃后，将装有药品的耐压瓶进行油浴(边搅拌边油浴)至硒粉溶解后(溶解时间大概为3-5min，观察颜色为深红色)转移至50mL反应釜，加入2片处理好的泡沫镍，在180℃下反应8h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干；
步骤3，用电子天平称量0.618g钼酸铵和0.1903g硫脲(nMo:nS＝1:5)加入烧杯中，向其中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入两片硒化后的泡沫镍，在200℃下反应20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
图1为实施例1中制备的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2的TEM图，图1可以表现出该材料的核壳结构；
图2为实施例1制备的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2的XRD谱图，该图表现在主要晶体结构为Ni3S2和MoS2；
图3为实施例1制备的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2用于OER的极化曲线图，该图表示NixSy@MoS2/NiSe2在电流密度为100mA cm-2时的过电位为259mV；
图4为实施例1制备的自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2用于HER的极化曲线图，NixSy@MoS2/NiSe2在电流密度为20mA cm-2时的过电位为73mV。
实施例2
一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂(NixSy@MoS2/NiSe2)的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，泡沫镍的处理：将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1h(边搅拌边处理)，再用3mol/L的盐酸溶液处理2h(边搅拌边处理)，以去除泡沫镍表面的氧化物；
步骤2，硒化处理：用电子天平称量20mg硒粉和20mgNaBH4(m硒粉:mNaBH4＝1:1)加入耐压瓶中，向其中加入25mLH2O；油浴锅加热至90℃后，将装有药品的耐压瓶进行油浴(边搅拌边油浴)至硒粉溶解后(溶解时间大概为3-5min，观察颜色为深红色)转移至50mL反应釜，加入2片处理好的泡沫镍，在180℃下反应8h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干；
步骤3，用电子天平称量0.618g钼酸铵和0.5709g硫脲(nMo:nS＝1:15)加入烧杯中，向其中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入两片硒化后的泡沫镍，在200℃下反应20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
实施例3
一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂(NixSy@MoS2/NiSe2)的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，泡沫镍的处理：将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1h(边搅拌边处理)，再用3mol/L的盐酸溶液处理2h(边搅拌边处理)，以去除泡沫镍表面的氧化物；
步骤2，硒化处理：用电子天平称量20mg硒粉和20mgNaBH4(m硒粉:mNaBH4＝1:1)加入耐压瓶中，向其中加入25mLH2O；油浴锅加热至90℃后，将装有药品的耐压瓶进行油浴(边搅拌边油浴)至硒粉溶解后(溶解时间大概为3-5min，观察颜色为深红色)转移至50mL反应釜，加入2片处理好的泡沫镍，在180℃下反应8h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干；
步骤3，用电子天平称量0.618g钼酸铵和1.1418g硫脲(nMo:nS＝1:30)加入烧杯中，向其中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入两片硒化后的泡沫镍，在200℃下反应20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
实施例4
一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂(NixSy@MoS2/NiSe2)的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，泡沫镍的处理：将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1h(边搅拌边处理)，再用3mol/L的盐酸溶液处理2h(边搅拌边处理)，以去除泡沫镍表面的氧化物；
步骤2，硒化处理：用电子天平称量40mg硒粉和20mgNaBH4(m硒粉:mNaBH4＝2:1)加入耐压瓶中，向其中加入25mLH2O；油浴锅加热至90℃后，将装有药品的耐压瓶进行油浴(边搅拌边油浴)至硒粉溶解后(溶解时间大概为3-5min，观察颜色为深红色)转移至50mL反应釜，加入2片处理好的泡沫镍，在180℃下反应8h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干；
步骤3，用电子天平称量0.618g钼酸铵和0.1903g硫脲(nMo:nS＝1:5)加入烧杯中，向其中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入两片硒化后的泡沫镍，在200℃下反应20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
实施例5
一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂(NixSy@MoS2/NiSe2)的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，泡沫镍的处理：将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1h(边搅拌边处理)，再用3mol/L的盐酸溶液处理2h(边搅拌边处理)，以去除泡沫镍表面的氧化物；
步骤2，硒化处理：用电子天平称量40mg硒粉和20mgNaBH4(m硒粉:mNaBH4＝2:1)加入耐压瓶中，向其中加入25mLH2O；油浴锅加热至90℃后，将装有药品的耐压瓶进行油浴(边搅拌边油浴)至硒粉溶解后(溶解时间大概为3-5min，观察颜色为深红色)转移至50mL反应釜，加入2片处理好的泡沫镍，在180℃下反应8h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干；
步骤3，用电子天平称量0.618g钼酸铵和0.5709g硫脲(nMo:nS＝1:15)加入烧杯中，向其中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入两片硒化后的泡沫镍，在200℃下反应20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
实施例6
一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂(NixSy@MoS2/NiSe2)的制备方法，包括以下步骤：
步骤1，泡沫镍的处理：将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1h(边搅拌边处理)，再用3mol/L的盐酸溶液处理2h(边搅拌边处理)，以去除泡沫镍表面的氧化物；
步骤2，硒化处理：用电子天平称量40mg硒粉和20mgNaBH4(m硒粉:mNaBH4＝2:1)加入耐压瓶中，向其中加入25mLH2O；油浴锅加热至90℃后，将装有药品的耐压瓶进行油浴(边搅拌边油浴)至硒粉溶解后(溶解时间大概为3-5min，观察颜色为深红色)转移至50mL反应釜，加入2片处理好的泡沫镍，在180℃下反应8h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干；
步骤3，用电子天平称量0.618g钼酸铵和1.1418g硫脲(nMo:nS＝1:30)加入烧杯中，向其中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入两片硒化后的泡沫镍，在200℃下反应20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
本发明一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法的特点为，不仅保证了用于制备催化剂的材料储量丰富、成本低，而且自支撑催化剂的制备避免了对聚合物粘结剂的使用，进一步避免了其对电极的孔隙率和活性位点数量的影响，提高了催化活性，为后续开发用于全电解水的自支撑的非贵金属基电催化剂的发展提供一种新方法。
Claims (7)
1.一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，对泡沫镍进行预处理；
步骤2，对经步骤1处理后的泡沫镍进行硒化处理；
步骤3，采用步骤2所得产物进行自支撑核壳纳米电催化剂NixSy@MoS2/NiSe2的制备。
2.根据权利要求1所述的一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤1的具体过程为：
将泡沫镍剪成1*2cm的片状，用丙酮浸泡处理1～2h，再用3mol/L的盐酸溶液处理1～2h，以去除泡沫镍表面的氧化物。
3.根据权利要求2所述的一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2的具体过程为：
将硒粉和还原剂加入耐压瓶中，并向耐压瓶中加入25mLH2O，将油浴锅加热至70～90℃后，将耐压瓶进行油浴至硒粉溶解后，转移至50mL反应釜，加入2～4片经步骤1处理的泡沫镍，在150～200℃下反应6～10h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干。
4.根据权利要求3所述的一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中硒粉和还原剂的质量比为1～4:1。
5.根据权利要求3所述的一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2中还原剂为硼氢化钠、水合肼和抗坏血酸中的至少一种。
6.根据权利要求3所述的一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3的具体过程为：
称取钼酸铵和硫脲加入烧杯中，并向烧杯中加入35mLH2O，室温搅拌均匀至全部溶解后转移至50mL反应釜中，加入2～4片经步骤2硒化后的泡沫镍，在180～220℃下反应18～20h，室温冷却，取出泡沫镍，用水和乙醇清洗，60℃烘干，即得。
7.根据权利要求6所述的一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3中钼酸铵和硫脲的物质的量之比为1:5～30。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011004122.XA CN112169812B (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011004122.XA CN112169812B (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112169812A true CN112169812A (zh) | 2021-01-05 |
| CN112169812B CN112169812B (zh) | 2023-06-23 |
Family
ID=73955759
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011004122.XA Active CN112169812B (zh) | 2020-09-22 | 2020-09-22 | 一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112169812B (zh) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113089014A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-07-09 | 西南石油大学 | 一种核壳结构超亲水超疏气高效析氢催化剂及其制备方法 |
| CN113201753A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-08-03 | 江苏大学 | 磷掺杂硒化镍的制备方法及其应用于电解水催化剂 |
| CN113430564A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-24 | 北京科技大学 | 一种硼掺杂硒化物异质结纳米材料的制备方法 |
| CN113481537A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-08 | 哈尔滨理工大学 | 一种镍基化合物@MoS2核壳纳米材料的制备及其应用 |
| CN113789535A (zh) * | 2021-10-09 | 2021-12-14 | 华中科技大学 | 一种棒状钌颗粒/硒化物复合催化剂及其制备方法与应用 |
| CN115595621A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-13 | 海南大学（Cn） | 非晶薄膜包裹晶体纳米棒结构一体式电极、制备方法及应用 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109402654A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 长安大学 | 一种具有衬底保护功能的MoS2/Ni3Se2复合析氢电催化剂及其制备方法 |
| CN110021757A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-07-16 | 天津大学 | 一种生长于泡沫镍表面的硫硒化镍薄膜包裹的纳米棒材料的制备方法 |
| US20190218674A1 (en) * | 2016-05-17 | 2019-07-18 | University Of Houston System | THREE-DIMENSIONAL POROUS NiSe2 FOAM-BASED HYBRID CATALYSTS FOR ULTRA-EFFICIENT HYDROGEN EVOLUTION REACTION IN WATER SPLITTING |
| CN111111706A (zh) * | 2019-07-24 | 2020-05-08 | 天津大学 | 生长于泡沫镍表面的钨掺杂的硫硒化镍薄膜包裹的硫硒化镍纳米棒及其制备方法和应用 |
-
2020
- 2020-09-22 CN CN202011004122.XA patent/CN112169812B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20190218674A1 (en) * | 2016-05-17 | 2019-07-18 | University Of Houston System | THREE-DIMENSIONAL POROUS NiSe2 FOAM-BASED HYBRID CATALYSTS FOR ULTRA-EFFICIENT HYDROGEN EVOLUTION REACTION IN WATER SPLITTING |
| CN109402654A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 长安大学 | 一种具有衬底保护功能的MoS2/Ni3Se2复合析氢电催化剂及其制备方法 |
| CN110021757A (zh) * | 2019-03-14 | 2019-07-16 | 天津大学 | 一种生长于泡沫镍表面的硫硒化镍薄膜包裹的纳米棒材料的制备方法 |
| CN111111706A (zh) * | 2019-07-24 | 2020-05-08 | 天津大学 | 生长于泡沫镍表面的钨掺杂的硫硒化镍薄膜包裹的硫硒化镍纳米棒及其制备方法和应用 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113089014A (zh) * | 2021-04-07 | 2021-07-09 | 西南石油大学 | 一种核壳结构超亲水超疏气高效析氢催化剂及其制备方法 |
| CN113201753A (zh) * | 2021-04-23 | 2021-08-03 | 江苏大学 | 磷掺杂硒化镍的制备方法及其应用于电解水催化剂 |
| CN113430564A (zh) * | 2021-06-08 | 2021-09-24 | 北京科技大学 | 一种硼掺杂硒化物异质结纳米材料的制备方法 |
| CN113430564B (zh) * | 2021-06-08 | 2022-04-19 | 北京科技大学 | 一种硼掺杂硒化物异质结纳米材料的制备方法 |
| CN113481537A (zh) * | 2021-07-27 | 2021-10-08 | 哈尔滨理工大学 | 一种镍基化合物@MoS2核壳纳米材料的制备及其应用 |
| CN113481537B (zh) * | 2021-07-27 | 2024-04-05 | 哈尔滨理工大学 | 一种镍基化合物@MoS2核壳纳米材料的制备及其应用 |
| CN113789535A (zh) * | 2021-10-09 | 2021-12-14 | 华中科技大学 | 一种棒状钌颗粒/硒化物复合催化剂及其制备方法与应用 |
| CN115595621A (zh) * | 2022-10-12 | 2023-01-13 | 海南大学（Cn） | 非晶薄膜包裹晶体纳米棒结构一体式电极、制备方法及应用 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112169812B (zh) | 2023-06-23 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN112169812B (zh) | 一种用于全电解水的自支撑核壳纳米电催化剂的制备方法 | |
| Maric et al. | Proton exchange membrane water electrolysis as a promising technology for hydrogen production and energy storage | |
| CN109954503B (zh) | 一种硒化镍和三元硒化镍铁复合电催化剂及制备方法和应用 | |
| CN110127655B (zh) | 一步煅烧法制备生物质碳负载的磷化钴电极材料的方法 | |
| CN113652707B (zh) | 一种碲化镍析氢催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN113019398B (zh) | 一种高活性自支撑oer电催化剂材料及其制备方法与应用 | |
| CN112663087A (zh) | 一种铁、氮掺杂硒化钴电催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN111672520B (zh) | 一种非晶硼酸钴-单硒化镍@泡沫镍的复合物、制备方法及应用 | |
| CN110013823B (zh) | 一种贵金属-过渡金属氧化物复合材料及其制备方法和应用 | |
| Li et al. | Synergistically coupling of ultrathin Ni3N layer with Ti3C2Tx-MXene nanosheets for efficient benzyl alcohol oxidation reactions and hydrogen production | |
| CN109097788B (zh) | 一种双碳耦合过渡金属镍基量子点电催化剂及其制备方法 | |
| CN113774425B (zh) | 一种Ru修饰FeCo@NF电催化剂的制备方法及应用 | |
| CN116377497A (zh) | 自支撑铁锰共掺杂的镍钴硒化物纳米棒阵列催化剂的制备方法和应用 | |
| CN113249752B (zh) | 一种Fe2P-WOx析氧电催化剂制备方法 | |
| CN113368878B (zh) | 一种MnCoP催化剂、制备和应用 | |
| CN112295581B (zh) | 一种电催化剂材料及其应用 | |
| CN113529133A (zh) | 一种自支撑型双功能催化电极的制备方法 | |
| CN113913859B (zh) | 一种全pH范围适用的电解水催化剂及其制备方法 | |
| CN114649538B (zh) | 一种甲醇电解制氢电催化剂及其制备方法 | |
| CN113755877B (zh) | 一种单原子Pt电催化材料的制备方法及其应用 | |
| Hongxia et al. | Recent Advances in Transition Metal-Based Catalysts for Electrocatalytic Nitrate Reduction Reaction. | |
| CN115807242A (zh) | 一种用于电催化析氢电极的一体式NiSe@Ni3Se2/NF复合电极材料及制备方法 | |
| Shao et al. | Ag/Nico LDH Heterogeneous Structure for Efficient Alkaline Oxygen Evolution | |
| Botte | ELECTROLYSIS OF AMMONIA TOWARDS SUSTAINABILITY LA ELECTRÓLISIS DEL AMONÍACO HACIA LA SOSTENIBILIDAD | |
| CN117385396A (zh) | 在泡沫镍铁表面制备镍铁层状双金属氢氧化物材料的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |