一种自支撑多孔片状磷硒化镍电极的制备方法及应用

技术领域

本发明属于新型能源转化材料技术领域，更加具体地说，是一种将泡沫镍同时磷硒化而衍生的具有多孔片状结构的自支撑磷硒化镍电极的制备方法和在电催化水分解中的应用。

背景技术

相对于风能、太阳能、潮汐能等间歇能源，氢能作为最清洁的二次能源，能量密度高，清洁无污染，可作为未来最主要的能源之一。在众多制氢工艺中，电催化水裂解制氢气为生产可再生氢能提供了一种便捷、高效的新途径。电催化水解制氢，涉及阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)。然而HER和OER在动力学上都是缓慢的，需要高效的电催化剂来降低多步质子耦合电子过程的巨大能量障碍。目前商业应用的催化剂为贵金属Pt/C（HER）和RuO

过渡金属磷化物由于具有高导电性、较高的本征活性等优点，一直受到人们关注。但其活性和稳定性仍不满足电解水的实际应用，因此许多研究者对过渡金属磷化物进行了进一步优化。例如，引入阴离子，改善过渡金属磷化物的电子结构。其中，由于硒原子电负性大于磷，当引入硒原子到过渡金属磷化物中，将有利于调节过渡金属磷化物的电子结构，改善材料表面吸附能，提高反应动能，从而进一步提高材料的电催化活性。此外，基于传统粉末状催化剂导电性差，易脱落等问题，合理设计自支撑电极是一种有效的解决方式。泡沫镍由于具有丰富的孔隙结构，导电性优异，且本身可做镍源，可作为一种极具潜力的自支撑导电基底。

基于以上研究背景，设计一种简单易行的催化剂合成方法来制备 自支撑多孔片状磷硒化镍电极，来进一步降低电解水的实际电压，提高催化剂稳定性，具有非常重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对传统电解水催化剂制备工艺复杂、效率低下等问题，提供一种一步磷硒化泡沫镍得到具有高效HER、OER双功能催化活性的多孔片状磷硒化镍自支撑电极的制备方法。本发明目的在于简单的一步磷硒化泡沫镍，得到自支撑多孔片状磷硒化镍电极，在碱性环境下展现出优异的HER、OER双功能催化活性，在大规模制备全水解电极具有广阔的应用前景。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种自支撑多孔片状磷硒化镍电极的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：先将剪裁好的泡沫镍（1*2㎠）在盐酸、乙醇、水中分别超声若干时间，随后将处理好的泡沫镍真空干燥。

步骤二：在氮气气氛下，以红磷为磷源，硒粉为硒源，将硒粉、红磷和处理好的泡沫镍分别放在管式炉的上中下游，通过同步磷硒化反应得到自支撑多孔片状磷硒化镍电极（NiPSe/NF）。

所述反应温度为400～600℃；硒粉和红磷的摩尔比为0:7，5:2，1:1，2:5，7:0。

优选地，第二步中所述硒粉、红磷、泡沫镍在管式炉中的位置为上中下游。

优选地，第二步中所述硒粉和红磷的总摩尔数为7mmol。

优选地，第二步中所述硒粉和红磷的最优摩尔比为为2:5。

优选地，第二步中所述升温速率为2℃

优选地，所述磷硒化最优反应温度为500℃，反应时间为2h，在此优选条件下，同步磷硒化反应生成的催化电极材料的电催化活性更好，其催化电解水的效率也更高。

所述的自支撑多孔片状磷硒化镍电极在双功能催化电极领域中的应用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.我们设计一种简单方法将泡沫镍一步硒磷化得NiPSe/NF催化剂。

2.NiPSe/NF 作为双功能催化电极，得益于制备的材料具有多孔片状的形貌结构，以及NiPx-NiSe

3.该方法得到的产物作为HER、OER双功能催化电极比 RuO

附图说明

图1为NiPSe-2-5-500的扫描电子显微镜图；

图2为NiPSe-2-5-500的X粉末衍射图；

图3为NF、NiSe、NiP、NiPSe-2-5-500、NiPSe-5-2-500、NiPSe-1-1-500、NiPSe-2-5-600、NiPSe-2-5-400的析氧极化曲线图；

图4为 NF、NiSe、NiP、NiPSe-2-5-500、NiPSe-5-2-500、NiPSe-1-1-500、NiPSe-2-5-600、NiPSe-2-5-400的析氢极化曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。若未特别指明，实施例中所用的技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实例1：

自支撑多孔片状磷硒化镍电极及其制备方法，包括如下步骤：

A.将剪裁好的泡沫镍（1*2㎠）在 3M 盐酸、乙醇、水中分别超声 15 min，再将处理好的泡沫镍在 60℃下真空干燥。

B.以红磷作为磷源，硒粉作为硒源，称取红磷0.0584g、硒粉0.3803g，红磷和硒粉的总摩尔数为7mmol且红磷和硒粉的比例为2：5，将硒粉、红磷放在一个石英舟中，将步骤A中处理好的泡沫镍放在另一个石英舟中，将硒粉、红磷、泡沫镍分别放在管式炉的上中下游。在氮气的气氛下放在管式炉中进行煅烧。升温速率为2℃

本实施例得到的NiPSe-2-5-500的扫描电子显微镜如图1所示。由图1可以看出：泡沫镍的表面经过同时磷硒化的过程，形成富含孔洞的平滑褶皱结构。

本实施例得到的NiPSe-2-5-500的X粉末衍射图如图2所示。由图2可以看出：所有衍射峰由NiSe

本实施例得到的NiPSe-2-5-500的电催化性能如图3和图4所示。由图3可以看出：在1M KOH中NiPSe-2-5-500在10mA cm

实例2：

A.将剪裁好的泡沫镍（1*2㎠）在3M盐酸、乙醇、水中分别超声15min，再将处理好的泡沫镍在60℃下真空干燥。

B.以红磷作为磷源，硒粉作为硒源，称取红磷0.1032g、硒粉0.2262g，红磷和硒粉的总摩尔数为7mmol且红磷和硒粉的比例为1：1，将硒粉、红磷放在一个石英舟中，将步骤A中处理好的泡沫镍放在另一个石英舟中，将硒粉、红磷、泡沫镍分别放在管式炉的上中下游，在氮气的气氛下放在管式炉中进行煅烧。升温速率为2℃

实例3：

A.将剪裁好的泡沫镍（1*2㎠）在 3M 盐酸、乙醇、水中分别超声 15 min，再将处理好的泡沫镍在 60℃下真空干燥。

B.以红磷作为磷源，硒粉作为硒源，称取红磷0.1463g、硒粉0.1521g，红磷和硒粉的总摩尔数为7mmol且红磷和硒粉的比例为5：2，将硒粉、红磷放在一个石英舟中，将步骤A中处理好的泡沫镍放在另一个石英舟中，将硒粉、红磷、泡沫镍分别放在管式炉的上中下游，在氮气的气氛下放在管式炉中进行煅烧。升温速率为2℃

实例4：

A.将剪裁好的泡沫镍（1*2㎠）在 3M 盐酸、乙醇、水中分别超声 15 min，再将处理好的泡沫镍在 60℃下真空干燥。

B.以红磷作为磷源，硒粉作为硒源，称取红磷0g、硒粉0.5326g，红磷和硒粉的总摩尔数为7mmol且红磷和硒粉的比例为0：7，将硒粉放在一个石英舟中，将步骤A中处理好的泡沫镍放在另一个石英舟中，将硒粉、泡沫镍分别放在管式炉的上下游，在氮气的气氛下放在管式炉中进行煅烧。升温速率为2℃

实例5：

A.将剪裁好的泡沫镍（1*2㎠）在 3M 盐酸、乙醇、水中分别超声 15 min，再将处理好的泡沫镍在 60℃下真空干燥。

B.以红磷作为磷源，硒粉作为硒源，称取红磷0.2050g、硒粉0g，红磷和硒粉的总摩尔数为7mmol且红磷和硒粉的比例为7：0，将红磷放在一个石英舟中，将步骤A中处理好的泡沫镍放在另一个石英舟中，将红磷、泡沫镍分别放在管式炉的上下游，在氮气的气氛下放在管式炉中进行煅烧。升温速率为2℃

实例6：

A.将剪裁好的泡沫镍（1*2㎠）在 3M 盐酸、乙醇、水中分别超声 15 min，再将处理好的泡沫镍在 60℃下真空干燥。

B.以红磷作为磷源，硒粉作为硒源，称取红磷0.0579g、硒粉0.3794g，红磷和硒粉的总摩尔数为7mmol且红磷和硒粉的比例为2：5，将硒粉、红磷放在一个石英舟中，将步骤A中处理好的泡沫镍放在另一个石英舟中，将硒粉、红磷、泡沫镍分别放在管式炉的上中下游，在氮气的气氛下放在管式炉中进行煅烧。升温速率为2℃

实例7：

A.将剪裁好的泡沫镍（1*2㎠）在 3M 盐酸、乙醇、水中分别超声 15 min，再将处理好的泡沫镍在 60℃下真空干燥。

B.以红磷作为磷源，硒粉作为硒源，称取红磷0.0593g、硒粉0.3812g，红磷和硒粉的总摩尔数为7mmol且红磷和硒粉的比例为2：5，将硒粉、红磷放在一个石英舟中，将步骤A中处理好的泡沫镍放在另一个石英舟中，将硒粉、红磷、泡沫镍分别放在管式炉的上中下游，在氮气气氛下放在管式炉中进行煅烧。升温速率为2℃