[发明专利]一种二维Ru掺杂Ni2P盘状纳米薄片及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片及其制备方法和作为双功能电催化剂在析氢反应(HER)和析氧反应(OER)中的应用。所述制备方法将甲酸镍/乙酰丙酮镍，三氯化钌/乙酰丙酮钌，正三辛基膦，十二胺和油酸超声混合后，程序升温至280‑300℃反应，保温60‑120min后，自然降温至室温，经离心分离、洗涤干燥后制得Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片。所述制备方法在常压下通过一锅法合成二维Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片，工艺简单、可重复性强。本发明所述的二维Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片表现出优异的电催化性能，其作为双功能电催化剂可同时应用于HER和OER，在电解水等可再生能源领域有着广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料及其制备和应用，特别涉及一种二维Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片及其制备方法和作为双功能电催化剂在析氢反应(HER)和析氧反应(OER)中的应用。

背景技术

全球性的能源危机和环境污染使得科学家们迫切需要寻找绿色、清洁、可再生的新能源体系来取代传统的化石燃料体系。在未来能源应用体系中，电催化水解制备氢气和氧气被认为是一种理想的可再生清洁能源的来源，因而引起了人们广泛的关注。

电解水反应包含两个半反应：阴极析氢反应和阳极析氧反应。目前，科学家们公认的最好的催化析氢和析氧反应的催化剂分别由Pt和钌/铱的氧化物组成，但由于其地球储量少，价格昂贵等原因，限制了电解水作为一种绿色可再生能源来源的大规模发展。此外，一些良好的HER催化剂对催化OER却表现一般甚至较差的电催化活性，反之亦然。因此，能同时催化HER和OER的高活性、低成本双功能电催化剂的开发意义重大。

由于结构的独特性和优异的电催化性能，过渡金属磷化物近年来受到了广泛的关注。 Ni₂P作为一种重要的过渡金属磷化物，主要由地球含量丰富的Ni元素组成，表现出优异的电催化HER性能。理论计算也表明Ni₂P的(001)晶面具有适度的ΔG_H，对应地具有最好的HER性能，是最有应用前景的HER催化剂之一。然而，Ni₂P多用于还原反应，析氧能力有限。根据文献报道，掺杂通常可以改变催化剂的微观电子结构，表现出优化的电催化性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片的制备方法。所述制备方法采用简单易行的非水体系合成法，在常压下通过简单的一锅合成法得到了二维Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片，所述方法工艺简单、可重复性强。

本发明的另一目的在于提供通过上述方法制备得到的一种二维Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片。

本发明的另一目的还在于提供上述二维Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片作为双功能电催化剂在HER和OER中的应用。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种二维Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)将镍源(甲酸镍或乙酰丙酮镍)、钌源(三氯化钌或乙酰丙酮钌)、磷源(正三辛基膦，TOP)、还原剂(十二胺，DDA)和溶剂/保护剂(油酸，OA)超声混匀，然后程序升温至280-300℃反应，保温60-120min后自然降温至室温；

(2)反应产物经离心分离、洗涤干燥后制得Ru掺杂Ni₂P盘状纳米薄片。

所述方法中，镍源和钌源的投料物质的量的比为3～5∶1。

所述方法中，镍源与正三辛基膦的摩尔量/体积比为0.15～0.5(mmol/mL)。