[发明专利]具有微纳双级孔和高结构稳定性的NiSe2

说明书

本发明公开了一种具有微纳双级孔和高结构稳定性的NiSe₂‑CoSe₂/CFs复合材料及其制备，该复合材料包括微米级多孔碳纤维基体以及负载于碳纤维基体上的纳米泡沫状NiSe₂‑CoSe₂材料；Ni与Co的原子比为(1.6～2.5):1。利用水热法和化学气相沉积法制备碳纤维负载NiSe₂‑CoSe₂复合材料，在H₂+N₂气氛下对其进行热处理即得。本发明产品具有优异的力学稳定性；将其直接应用于电解水制氢的阴极电极可以缓解工业大电流长时间服役条件下气体冲击对电极活性相结构稳定性的破坏作用，显著提高电极的机械稳定性，从而延长电极的使用寿命，降低电解水成本。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种具有微纳双级孔和高结 构稳定性的NiSe₂-CoSe₂/CFs复合材料及其制备。

背景技术

工业化的快速推进对能源的需求与日俱增，以石油、煤炭为主的化石燃 料作为常规能源即将消耗殆尽，且化石燃料的大量使用导致CO₂排放量严重 超标以及加重全球升温、雾霾等各种环境污染问题。氢能由于具有零碳、高 能量密度、可存储、便于运输等优点，逐渐受到业界越来越多的关注。电解 水制氢技术可以将地球上最为丰富的水资源分解为氢气，整个过程对环境没 有任何危害，而且可循环，具有巨大的应用前景。

过渡族金属硒化物(TMDs)是一类具有优异电解水制氢活性的物质，相 对于贵金属，TMDs廉价的特点也使其具有非常高的市场价值。过渡族金属元 素Co、Ni与Se化合而成的硒化物具有黄铁矿和白铁矿两种结构，其中黄铁 矿结构属于典型的立方相结构，白铁矿结构属于正交相结构，黄铁矿结构 TMDs具有比白铁矿结构更优异的本征电解水制氢活性，且具有纳米尺度和多 孔特征的M(Co，Ni)-Se₂表现出非常丰富的活性位点，在替代贵金属材料降低 电解水成本方面具有很明显的优势。在将M(Co，Ni)-Se₂纳米材料大规模组装 成可直接应用的电极过程中，如何协调比表面积最大化、超疏气性以及高机 械结构稳定性成为进一步推动其产业化进程中的痛点。

纳米颗粒性状的M(Co，Ni)-Se₂材料在电解水阴极的工业化制备涂覆工艺 中不可避免会存在颗粒堆积的现象，这会导致电极活性位点数量的大幅度减 少，而且粘结剂的使用会进一步导致活性位点的损失。三维一体式电极材料 设计是工业电极理想的解决方案，它是一种以多孔导电基体为载体，原位负 载活性材料的新型结构，其针对颗粒堆积和粘结剂添加引起的活性位点数量 减少效应具有明显的抑制作用。但是文献报道的负载M(Co，Ni)-Se₂的三维一 体电极材料中M(Co，Ni)-Se₂活性相多以纳米线或纳米片层阵列结构为主，此 类结构用于大电流长时间电解水生产时，由于电极表面液相和气相物质交换 非常剧烈，且电极处于高温、强腐蚀等严苛服役条件，在高通量析出气体的 长时间冲击下，纳米线或纳米片层阵列形式的M(Co，Ni)-Se₂活性相容易发生 结构失稳，导致电极使用寿命较短。

发明内容

为了满足工业化M(Co，Ni)-Se₂基电解水制氢电极对比表面积、疏气性以 及机械结构稳定性三个方面的要求，本发明提供了一种具有微纳双级孔和高 结构稳定性的NiSe₂-CoSe₂/CFs复合材料及其制备，该复合材料具有优异的力 学稳定性，将此NiSe₂-CoSe₂/CFs复合材料应用于电解水制氢的电极材料可以 有力缓解工业大电流长时间服役条件下气体冲击对电极活性相结构稳定性的 破坏作用，显著提高电极的机械稳定性，从而延长电极的使用寿命。

本发明采用如下技术方案来实现的：