[发明专利]一种针状的Se掺杂Ni3

说明书

本发明公开了一种Se掺杂Ni₃S₂，具有针状形貌，纳米针的长度为200至800纳米，具有优异的电催化析氢性能。本发明还公开了一种制备所述Se掺杂Ni₃S₂的方法，包括截取泡沫镍、清洗干燥、Se粉处理、水热反应等步骤。

技术领域

本发明涉及电催化剂，具体涉及一种针状的Se掺杂Ni₃S₂及其制备方法。

技术背景

随着环境污染和能源资源的枯竭，绿色可持续能源的开发和利用成为全世界的关注点。氢能的燃值高，燃烧产物无污染，且可以通过简单的水分解得到，是正在开发的绿色可持续能源之一。电催化分解水是理性的制备氢气的技术路线之一，具有效率高、无污染、不受天气时间限制等优点。电催化分解水可以分为析氢反应和析氧反应两个半反应。由于析氢和析氧反应存在一定的过电位，造成能源浪费。电催化剂的使用可以有效降低析氢或析氧反应的过电位。

目前，Pt是综合性能最好的析氢电催化剂，然而，Pt价格昂贵，元素储量极少，Pt无法大规模应用于催化析氢领域。一些过渡金属的化合物表现出一定的析氢催化性能，但这些过渡金属化合物的析氢催化性能较为低下，尤其是在大的交换电流密度下过电位很高，仍然无法满足实际应用的要求。因此，寻找廉价、高活性的析氢电催化剂是大规模获得氢能的关键。

增加催化活性位点负载量是增强一种催化剂活性的重要手段。构造独特的纳米形貌以及减小颗粒大小以增大比表面积，一般可以提高活性位点负载量。Ni₃S₂是一种廉价的化合物，在大交换电流密度下具有一定的竞争优势，具有取代Pt的潜力。然而，Ni₃S₂还存在形貌平庸、活性位点负载少、过电位及塔菲尔斜率仍然较高的问题，其析氢催化活性还需要进一步提高，以适应工业生产的要求。

发明内容

本发明的目的在于公开一种具有独特纳米针状形貌的Se掺杂Ni₃S₂，提高活性位点的负载量，提高电催化析氢反应的催化活性。

本发明提出的一种Se掺杂Ni₃S₂，其特征在于，所述Se掺杂Ni₃S₂具有纳米针状形貌；所述的纳米针的长度为200至800纳米；所述的纳米针针尖直径为20至60纳米；所述的纳米针针底直径为80至150纳米。

本发明的另一个目的在于提出一种简单的制备所述的Se掺杂Ni₃S₂的方法。

本发明提出的制备所述的Se掺杂Ni₃S₂的方法，包括以下步骤：截取一块尺寸为1.5乘以0.5平方厘米的泡沫镍；将切割好的泡沫镍浸入12摩尔每升的浓盐酸中超声清洗十分钟，再浸入丙酮中超声五分钟，再浸入乙醇中超声清洗五分钟；将清洗之后的泡沫镍放入真空干燥箱中干燥30分钟，温度为40摄氏度；称取0.5毫摩尔的硒粉，3毫摩尔的NaBH₄，20毫升的去离子水放入烧杯中，用可控温的磁力搅拌器将温度控制在50摄氏度搅拌直至硒粉溶解；向烧杯中加入4毫摩尔的CH₄N₂S，0.5毫摩尔的尿素和0.1克的PVP，加入20毫升的去离子水，将其搅拌均匀；将上述的混合溶液倒入规格为100毫升的反应釜里，然后放入泡沫镍；将反应釜放入鼓风烘箱中，加热到150摄氏度，保温6小时；待温度降至室温后取出，浸入去离子水中超声清洗十分钟，再浸入乙醇中清洗五分钟，重复该步骤两遍；将泡沫镍放入真空干烘箱中，温度设置65摄氏度，保持12小时。