NiWP纳米线及其氧化铝模板水热合成方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种新型纳米材料，主要用于水裂解的电催化领域，更加具体地说，涉及NiWP纳米线及其氧化铝模板水热合成方法。
【背景技术】
[0002]当今世界，经济飞速发展的同时，伴随着能量的大量消耗，不论是高度发达的国家，还是处于经济飞速发展的期的发展中国家，比如中国，并且随着人口的大量增长，更加带来了能量消耗的剧增，有效的解决能源问题已经成为当今21世纪人们所面临的最大挑战之一。氢能以其清洁无污染、高效、可再生、可存储和运输等优点，被视为最理想的能源载体。氢能和可再生能源结合在一起将形成一个可再生的完整的能源系统，基于这个能源系统上的经济活动也就是“氢经济”。氢能最有希望代替传统能源，实现能源的可再生和环保，将人类带入更为文明的明天。电解水制氢可能是实现大规模生产氢的重要手段。在电解水制氢所消耗的电能中，析氢(HER)和析氧(OER)过电位大约占槽电压的1/3。电极是电化学反应的场所，其结构的设计、催化剂的选择及制备工艺的优化一直是电解水技术的关键，它对降低电极成本、提高催化剂的利用率、减少电解能耗起到极其重要的作用，同时又影响其实用性，即能否大规模工业化。因此，开发能够降低析氢过电位的新型催化剂，称为各国科研人员争相研究的热门课题。Pt族金属是最早发现的金属电极，对电解水析氢反应催化活性较高，属于低过电位金属，也是最有效的析氢电极。电解水制氢早起的阴极材料以Pt及其合金为主，析氢过电位几乎为零，但是铂的储量并不丰富且价格昂贵，无法推广。因此研究价格低廉、储量丰富、析氢过电位低的非贵金属合金非常重要。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设备成本要求低、制备过程简便快捷的氧化铝模板化学水浴法制备元素成分为NiWP的纳米线材料的方法，并提供了一种大的比表面积且具有良好的电催化性能的纳米线结构材料。
[0004]本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现:
[0005]NiWP纳米线及其氧化铝模板水热合成方法，按照下述步骤进行:
[0006]步骤I，将氧化铝模板浸泡在SnCl2的水溶液中，以使SnCl2均匀分散在氧化铝模板中；
[0007]步骤2，将步骤I中浸泡过SnCl2的氧化铝模板浸泡在PdCl2的水溶液中，以使PdCl2均匀分散在氧化铝模板中；
[0008]步骤3，将经过步骤I和步骤2处理的氧化铝模板转移至由NiSO4.H2O^NaffO4.H2O,NaH2PO2.H2O和梓檬酸钠组成的混合水溶液中进行水热反应，反应温度为70—90摄氏度，反应时间至少2小时，NiSO4.H2O浓度为 10—15g/L、NaW04.H2O浓度为30_50g/L、NaH2P02.H2O为20—25g/L、柠檬酸钠浓度为40—50g/L;
[0009]步骤4，将经过步骤3水热反应的氧化铝模板(已经生长有NiWP纳米线)置于氢氧化钠水溶液中，以使氧化铝模板溶解，即得到NiWP纳米线。
[0010]在上述技术方案中，所述步骤I中，SnCl2浓度为10—15g/L，浸泡时间至少为lmin，优选 I—5min0
[0011]在上述技术方案中，所述步骤2中，PdCl2的浓度为I一5g/L，浸泡时间至少为30s，优选30—80s。
[0012]在上述技术方案中，所述步骤3中，反应温度为80—85摄氏度，反应时间为2—3小时。
[0013]在上述技术方案中，所述步骤3中，NiS04.H2O浓度为15g/L、NaW04.H2O浓度为35-40g/L、NaH2PO2.H2O为22g/L、柠檬酸钠浓度为40g/L。
[0014]在上述技术方案中，所述步骤4中，所述氢氧化钠水溶中，氢氧化钠的质量百分数为 I—5wt % ο
[0015]使用扫描电镜(扫描电镜型号:Hatchi S-4800，Japan)和透射电镜(透射电镜型号:Tecnai G2F20，生产厂家:荷兰FEI公司)对制备的纳米线形貌进行表征，如附图1一4所示。从图中可以看出本方法合成的纳米线具有非常规则的棒状形貌特征，纳米线排列整齐，形状规整，直径在100—120nm，长度为1.2—1.5um，NiWP纳米线基本保持笔直光滑的形态，纳米线的顶端和纳米线的微观表面形貌存在一些微突起有利于提高材料的比表面积，从而增加电催化反应的活性位点，提高材料的性能(即微突起成为水的裂解反应中的吸附脱附反应进行的活性位点，这中独特的形貌特征赋予了材料很好的电催化性能。)。使用投射电镜的eds分析，如附图7所示，纳米线由金属元素N1、评和?组成。
[0016]使用XRD对制备的纳米线进行表征，XRD测试所用的仪器型号为RIGAKU/DMAX，如附图5所示。在XRD图片中可以看出本专利中制备的NiWP纳米线为非晶材料，只有一个主峰，并无其他的特征峰。
[0017]使用三电极体系对本发明制备的纳米线进行电催化性能的测试，其中电解产氢电解池溶液为lmol/L NaOH水溶液，ph为14，氯化银电极(天津艾达恒晟科技发展有限公司)，对电极为铂网，工作电极为本发明制备的纳米线。从电化学性能测试的LSV曲线中(附图6)可以看出，纳米线具有10mV左右的起始电位，在电流密度为5mA/cm—2时过电位仅为124mV，与目前工业使用的阴极材料相比，性能有了大幅度的提高。与现有技术相比，本专利中的模板法制备的NiWP纳米线电极材料，不仅具备了优异的电催化潜能，而且其本身特定的纳米线状微观形貌，也赋予了材料良好的导电性能，而且在这种纳米线状的表面可以作为良好的水裂解反应的平台，即本发明制备的NiWP纳米线在电催化领域中的应用，催化水裂解，作为阴极材料的应用。
【附图说明】
[0018]图1是本发明制备的纳米线的TEM照片(I)。
[0019]图2是本发明制备的纳米线的SEM照片(I)。
[0020]图3是本发明制备的纳米线的SEM照片(2)。
[0021 ]图4是本发明制备的纳米线的TEM照片(2)。
[0022]图5是本发明制备的纳米线的XRD谱图。
[0023]图6是本发明制备的纳米线的电催化性能谱图。
[0024]图7是本发明制备的纳米线的EDS谱图。
【具体实施方式】
[0025]下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案。氧化铝模板的购买厂家为合肥普元纳米科技有限公司，氧化铝模板的孔径大小:IlOnm;步骤4使用的氢氧化钠质量百分数为在步骤1、步骤2的浸泡之后，可以采用去离子水进行清洗。
[0026]实施例1
[0027]自生长NiWP纳米线材料是通过化学还原水浴法，通过降低氧化还原反应的能量势皇，通过水浴加热过程激活氧化还原反应的进行，再将模板溶解去除得到纳米线。
[0028]步骤I，将氧化铝模板浸泡在SnCl2的水溶液中，以使SnCl2均匀分散在氧化铝模板中；所述步骤I中，SnCl2浓度为15g/L，浸泡时间为lmin。
[0029]步骤2，将步骤I中浸泡过SnCl2的氧化铝模板浸泡在PdCl2的水溶液中，以使PdCl2均匀分散在氧化铝模板中；所述步骤2中，PdCl2的浓度为5g/L，浸泡时间为30s。
[0030]步骤3，将经过步骤I和步骤2处理的氧化铝模板转移至由NiSO4.H2O^NaffO4.H2O,NaH2PO2.H2O和梓檬酸钠组成的混合水溶液中进行水热反应，反应温度为90摄氏度，反应时间2小时，NiSO4.H2O浓度为 10g/L、NaW04.H2O浓度为50g/L、NaH2PO2.H2O为25g/L、柠檬酸钠浓度为40g/L。
[0031 ]步骤4，将经过步骤3水热反应的氧化铝模板置于氢氧化钠水溶液中，以使氧化铝模板溶解，即得到NiWP纳米线。
[0032]实施例2
[0033]自生长NiWP纳米线材料是通过化学还原水浴法，通过降低氧化还原反应的能量势皇，通过水浴加热过程激活氧化还原反应的进行，再将模板溶解去除得到纳米线。
[0034]步骤I，将氧化铝模板浸泡在SnCl2的水溶液中，以使SnCl2均匀分散在氧化铝模板中；所述步骤I中，SnCl2浓度为10g/L，浸泡时间为5min。
[0035]步骤2，将步骤I中浸泡过SnCl2的氧化铝模板浸泡在PdCl2的水溶液中，以使PdCl2均匀分散在氧化铝模板中；所述步骤2中,PdCl2的浓度为lg/L，浸泡时间为80s。
[0036]步骤3，将经过步骤I和步骤2处理的氧化铝模板转移至由NiSO4.H2O^NaffO4.H2O,NaH2PO2.H2O和梓檬酸钠组成的混合水溶液中进行水热反应，反应温度为70摄氏度