本發(fā)明屬于催化材料，具體涉及一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著人口的快速增長(zhǎng)和工業(yè)的發(fā)展，全球能源需求迅速增長(zhǎng)，刺激了社會(huì)能源消耗并增加了環(huán)境負(fù)擔(dān)。全球能源供應(yīng)和隨之而來(lái)的環(huán)境問(wèn)題正促使科研工作者們尋求可再生、清潔和替代能源，以取代逐漸枯竭且污染嚴(yán)重的化石燃料。目前，可持續(xù)綠色能源有太陽(yáng)能、潮汐能、風(fēng)能、水能和氫能等。其中，地球上豐富的元素氫具有較高的能量密度，被認(rèn)為是傳統(tǒng)能源最有前途的替代品。

2、遺憾的是，由于析氫反應(yīng)(her)和析氧反應(yīng)(oer)的動(dòng)力學(xué)特性緩慢，尤其是由oer的四步質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移引起的巨大能量勢(shì)壘，需要一個(gè)有效的催化劑來(lái)縮小理論電位和實(shí)際需要的電位之間的差距。因此，在設(shè)計(jì)高效的工藝和系統(tǒng)中催化劑發(fā)揮著關(guān)鍵作用，可以最大限度地提高原材料的價(jià)值滿足能源需求，實(shí)現(xiàn)未來(lái)可持續(xù)能源和工業(yè)大規(guī)模產(chǎn)氫生產(chǎn)目標(biāo)。

3、現(xiàn)如今，非貴金屬基催化劑的性價(jià)比最高，越來(lái)越多的人致力于開發(fā)過(guò)渡金屬基電催化劑，其中主要包括過(guò)渡金屬氧化物、磷化物、硫化物、硒化物和氮化物等。通過(guò)一系列合理手段如摻雜雜原子、構(gòu)建異質(zhì)結(jié)界面和引入缺陷或空位等優(yōu)化電催化性能，目前已有許多過(guò)渡金屬基電催化劑催化活性可與貴金屬基催化劑媲美。然而，盡管上述研究取得了顯著的成果，但非貴金屬催化劑依舊會(huì)受到活性位點(diǎn)不足以及反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢的限制，影響其在水電解領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑的制備方法。本發(fā)明所涉及的電催化劑材料采用水熱-固相熱處理相結(jié)合的制備方法，步驟包括先采用水熱反應(yīng)制得碳納米管負(fù)載的ni(oh)2納米片前驅(qū)體，然后再經(jīng)水熱反應(yīng)得到碳納米管纏繞s摻雜nise2電催化劑，最終在惰性氣氛下熱處理，引入se空位。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案具體如下：

3、(1)將碳納米管、鎳鹽、烏洛托品和檸檬酸鹽、聚乙烯吡咯烷酮溶于去離子水/乙醇混合溶液中，混合均勻，在特定溫度下水熱反應(yīng)一定時(shí)間，反應(yīng)后經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到碳納米管負(fù)載的ni(oh)2納米片前驅(qū)體；

4、(2)將s1所述前驅(qū)體分散于含有硫源和硒源的水溶液中，再轉(zhuǎn)移到高壓水熱釜中選擇合適的溫度和時(shí)間進(jìn)行反應(yīng)，然后離心、洗滌、干燥得到碳納米管纏繞s摻雜nise2電催化劑；

5、(3)將s2中得到的粉末在惰性氣氛下選擇設(shè)置合適的升溫速率、煅燒溫度以及煅燒時(shí)間即可得到碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑。

6、其中，步驟(1)中，鎳鹽包括但不限于硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳以及醋酸鎳等中的一種或多種，其濃度為5～50mmol?l-1；水熱溫度為90～150℃；水熱時(shí)間為5～12h。

7、其中，步驟(2)中，硫源包括但不限于硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫脲、硫化鈉、硫代乙酰胺等；硒源包括但不限于硒酸鈉、硒氫化鈉、硒脲、亞硒酸鈉、硒化鈉等；硫源濃度為10～100mmol?l-1；硒源濃度為10～100mmol?l-1；水熱溫度為100～200℃；水熱時(shí)間為10～48h。

8、其中，步驟(3)中，所述惰性氣氛包括氮?dú)?、氬氣、氦氣；升溫速率?～20℃?min-1；目標(biāo)溫度為250～450℃；保溫時(shí)間為0.5～6h。

9、本發(fā)明另一方面提供上述的制備方法制得的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑。

10、本發(fā)明還提供上述的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑在電解水或金屬空氣電池中的應(yīng)用。

11、本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有的有益效果如下：

12、本發(fā)明所述的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑在堿性條件下的oer活性的穩(wěn)定性優(yōu)于商業(yè)的貴金屬催化劑。

技術(shù)特征：

1.一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑，其特征在于：所述催化劑中碳納米管交錯(cuò)纏繞形成一體化的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。

2.一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑，其特征在于：所述催化劑nise2中摻雜s原子。

3.一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑，其特征在于：所述催化劑nise2中存在豐富se空位。

4.制備權(quán)利要求1，2和3所述的一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟s1中，鎳鹽包括但不限于硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳以及醋酸鎳等中的一種或多種，其濃度為5～50mmol?l-1；水熱溫度為90～150℃；水熱時(shí)間為5～12h。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟s2中，硫源包括但不限于硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫脲、硫化鈉、硫代乙酰胺等；硒源包括但不限于硒酸鈉、硒氫化鈉、硒脲、亞硒酸鈉、硒化鈉等；硫源濃度為10～100mmol?l-1；硒源濃度為10～100mmol?l-1；水熱溫度為100～200℃；水熱時(shí)間為10～48h。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟s3中，所述惰性氣氛包括氮?dú)?、氬氣、氦氣；升溫速率?～20℃?min-1；目標(biāo)溫度為250～450℃；保溫時(shí)間為0.5～6h。

8.權(quán)利要求4-7任一項(xiàng)所述的制備方法制得的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑。

9.權(quán)利要求8所述的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑在電解水和金屬空氣電池中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種碳納米管纏繞S摻雜Se空位型NiSe<subgt;2</subgt;電催化劑的制備方法和應(yīng)用，屬于催化材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明所涉及的電催化劑材料采用水熱?固相熱處理相結(jié)合的制備方法，步驟包括先采用水熱反應(yīng)制得碳納米管負(fù)載的Ni(OH)<subgt;2</subgt;納米片前驅(qū)體，然后再經(jīng)水熱反應(yīng)得到碳納米管纏繞S摻雜NiSe<subgt;2</subgt;電催化劑，最終在惰性氣氛下熱處理，引入Se空位。本發(fā)明采用二合一策略設(shè)計(jì)并制備了具有豐富Se空位的碳納米管纏繞S摻雜NiSe<subgt;2</subgt;電催化劑。交錯(cuò)纏繞的碳納米管提供了一體化的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，S原子和Se空位的引入提高了電催化劑的析氧反應(yīng)活性，在水電解和金屬?空氣電池領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：劉颯,韓雪梅,郭春雪,黃雙飛,梁靜瑤,羅濤,朱平,趙新生
受保護(hù)的技術(shù)使用者：江蘇師范大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9