一种基于溶液法制备碳布负载硒化镍的方法与流程

本发明涉及催化剂制备技术领域，具体为一种基于溶液法制备碳布负载硒化镍(nise/cc)的方法。

背景技术

随着社会经济技术的迅猛发展，人们对能源的依赖也逐渐加深。目前，人类所需能源如石油、天然气、煤，均属不可再生资源，在地球上存量有限，且大量使用化石能源导致环境污染严重，而人类生存又时刻离不开能源，因此寻求其他可替代的高效清洁能源成为人们目前所关心的问题。太阳能、风能、核能等能源受到地域，时间等因素影响限制其大规模应用，而氢作为能源有许多优越性。首先水通过分解可制得氢，水是取之不尽，用之不竭的原料，又十分低廉。氢燃料燃烧后又生成水，是一种燃烧无害、十分清洁的能源。氢在储存、输送上比电力损失小，而且氢燃烧热值高。氢能是公认的清洁能源，作为低碳和零碳能源正在脱颖而出，以水制氢有着无可比拟的巨大优势和广阔的应用前景。

目前，工业制氢的方法主要分为三种：重整甲烷蒸汽、煤的气化以及电解水制氢三种方法。其中，前两种方法从本质上不能摆脱对传统化学燃料的依赖和对环境的污染，所以发展电解水制氢成为最有潜力且可持续发展的途径。但是在电解水制氢过程中，电解水成本高的问题一直阻碍其发展。电催化剂的使用成为最有效降低电解水制氢成本的应对策略。然而电催化性能最佳的贵金属催化剂储量有限，其广泛应用受到限制。硒化镍因其具有低成本、良好的稳定性、高导电性等优点而备受人们关注，有关硒化镍的相关研究也层出不穷。

2016年邹晓新课题组利用溶剂热法在120℃条件下反应48h制备出了硒化镍，在10ma/cm²时的her过电势为-161mv，2017年王春明课题组利用电沉积方法制备出硒化镍纳米颗粒，在10ma/cm²时的her过电势为-270mv，2018年田国辉课题组报道了通过12小时水热法制备碳布负载硒化镍纳米片阵列，在10ma/cm²时的her过电势为-161mv。但是在目前报道中，硒化镍(nise)的制备方法存在耗时长、高温，高压，原材料浪费，重复性差等缺点，现有的制备工艺有待改善。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对当前技术中存在以化学气相沉积法的高温，原材料浪费的问题，水热法、溶剂热法的高压，耗时长，不安全的问题，电沉积法的重复性差的问题，提供了一种简易快捷，低成本制备碳布负载硒化镍的方法。该方法采用溶液法，以巯胺溶液溶解氢氧化镍粉末和硒粉形成前驱体溶液后滴涂在碳布上经退火得到碳布负载的硒化镍，本发明工艺简单便捷，成本低廉，并且工艺重复率以及对材料的利用率都很高，是一个很好的碳布负载硒化镍的制备工艺。

本发明的技术方案为：

一种基于溶液法制备碳布负载硒化镍的方法，包括以下步骤：

(1)碳布上滴涂前驱体溶液

所述前驱体溶液是将氢氧化镍粉末和硒粉按摩尔比0.98～1.02溶解于巯胺溶液中制备而成，所述巯胺溶液由乙二胺和乙二硫醇按体积比4∶1溶解而成；前驱体溶液浓度为0.145mmol/ml；

将前驱体溶液滴涂在碳布(cc)上；

其中，每平方厘米碳布滴涂有0.14～0.2ml前驱体溶液；

(2)制备碳布负载硒化镍

将步骤(1)中滴涂好前驱体溶液的碳布(cc)放置于加热板上，在300℃～400℃下加热40～80s，得到碳布负载硒化镍(nise/cc)；

所述的乙二胺和乙二硫醇的纯度均为99％；

所述碳布的厚度为0.35～0.37mm，重量为118～120g/m²，电阻率为1.84～1.88mωcm²。

本发明的有益效果：

(1)本方法采用常压溶液法制备碳布负载硒化镍，极大的简化了制备工艺，减少制备时间，降低了制备成本。

(2)本方法制备的碳布负载硒化镍的电催化性能优于通过水热法、电沉积法等方法制备的碳布负载硒化镍，同时也节省资源。

(3)本方法制备得到的硒化镍完全包裹在碳布上，有助于提高碳布负载硒化镍的电催化性能。

(4)本方法制备得到的硒化镍应用到电催化中有很好的催化性能

附图说明

图1为不同的加热温度，加热时间都是60s得到的碳布负载硒化镍的x射线衍射图；加热温度分别为300℃，350℃，400℃。

图2为不同的加热温度，加热时间都是60s得到的碳布负载硒化镍的sem图；图(a)、(b)、(c)加热温度分别为300℃，350℃，400℃。

图3为不同的加热温度，加热时间都是60s得到的碳布负载硒化镍的极化曲线图；加热温度分别为300℃，350℃，400℃。

图4为不同加热时间，加热温度为350℃得到的碳布负载硒化镍的极化曲线图；加热时间为40s，60s，80s。

具体实施方式

本发明涉及的碳布的生产厂家为sigma公司，碳布的厚度为0.35～0.37mm，重量为118～120g/m²，电阻率为1.84～1.88mωcm²；乙二胺的生产厂家为上海阿拉丁生化科技股份有限公司，纯度为99％，密度为0.90g/cm³；乙二硫醇的生产厂家也是上海阿拉丁生化科技股份有限公司，纯度为99％，密度为1.123g/cm³。

实施例1

(1)碳布上滴涂前驱体溶液

所述前驱体溶液是将氢氧化镍粉末和硒粉按摩尔比0.98～1.02溶解于巯胺溶液中制备而成，所述巯胺溶液由乙二胺和乙二硫醇按体积比4∶1溶解而成；前驱体溶液浓度为0.145mmol/ml；

将0.16ml前驱体溶液滴涂在1cm*1cm的碳布上；

(2)制备碳布负载硒化镍

将步骤(1)中滴涂前驱体溶液的碳布置于加热板上，在350℃下加热60s，最后得到碳布负载硒化镍(nise/cc)。x射线衍射图(图1)中的(100)、(101)、(102)、(110)、(103)、(201)和(202)晶面分别与标准卡片jcpdsno.02-0892相对应，证明为纯相的硒化镍，表明所发明的方法可以用来制备纯相的硒化镍(nise)。其中，sem扫描图(图2b)表明硒化镍(nise)以纳米颗粒堆积的形式包覆在碳布(cc)上，并且将碳布完全包裹。极化曲线图(图3)表明碳布负载硒化镍在10ma/cm²时的过电势为-135mv(在1mkoh电解液下进行电催化测试)，相较于邹晓新题组利用水热法制备的硒化镍纳米材料的her过电势降低了26mv；王春明课题组利用电沉积方法制备出硒化镍纳米材料的her过电势降低了135mv，样品具体的极化曲线如图3所示。

实施例2

其他步骤同实施例1，不同之处为加热温度，由加热温度350℃变化为300℃和400℃，结果也都得到了碳布负载的硒化镍，在300℃条件下制备的硒化镍以纳米颗粒堆积的形式包覆在碳布(cc)上，但是包覆不完全，暴露部分碳布，具体形貌如图2a所示；将制备的样品应用到电催化中，它的her过电势是-170mv。相较于王春明课题组利用电沉积方法制备出硒化镍纳米材料的her过电势降低了100mv，样品具体的极化曲线如图3所示。此外，在400℃条件下制备的硒化镍以纳米颗粒堆积的形式包覆在碳布(cc)上，均匀包裹碳布，具体的形貌如图2c所示；将制备的样品的应用到电催化中，它的her过电势是-157mv。相较于邹晓新题组利用水热法制备的硒化镍纳米材料的her过电势降低了4mv；相较于王春明课题组利用电沉积方法制备出硒化镍纳米材料的her过电势降低了113mv，样品具体的极化曲线如图3所示。

实施例3

其他步骤同实施例1，不同之处为加热时间，由加热时间60s变化为40s和80s。结果也都得到了碳布负载的硒化镍，且形貌与实施例1接近。其中，将加热时间为40s条件下所制备的硒化镍应用到电催化中，它的her过电势是-145mv，相较于邹晓新题组利用水热法制备的硒化镍纳米材料的her过电势降低了16mv；相较于王春明课题组利用电沉积方法制备出硒化镍纳米材料的her过电势降低了125mv，样品具体的极化曲线如图4所示。此外，将加热时间为80s条件下所制备的硒化镍应用到电催化中，它的her过电势是-156mv，相较于邹晓新题组利用水热法制备的硒化镍纳米材料的her过电势降低了5mv；相较于王春明课题组利用电沉积方法制备出硒化镍纳米材料的her过电势降低了114mv，样品具体的极化曲线如图4所示。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未尽事宜为公知技术。