一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用技术

一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用，属于电催化制氢技术领域。该磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法是以镍盐和尿素为原料，施加磁场下，保温反应，得到磷化镍前驱体；将磷化镍前驱体和次磷酸钠在惰性气体保护下，煅烧，得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。其制备方法具有简单、清洁、通用且价格低廉等特征。并且制备的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链，其比表面积、电子传输能力均有提高，能够作为电催化析氢反应的催化剂，提高析氢的催化活性以及磁性能。化活性以及磁性能。化活性以及磁性能。

【技术实现步骤摘要】
一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电催化制氢
，具体涉及一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]我国虽然能源种类众多，但是化石燃料储量较少。并且化石燃料中普遍存在N、S等元素，这类元素在一定的条件下会和O发生反应，产生NO2、SO2、SO3等酸性气体，对环境造成严重的污染。因此，人类开发可再生绿色清洁的能源刻不容缓。氢气作为理想燃料，在所有化学燃料中具有最高的质量能量密度，是替代化石燃料清洁能源的最佳载体。利用电解水析氢反应(HER)将电能转化为氢燃料，可以有效实现清洁能源的可持续利用，而催化剂的研究对于析氢反应具有重要意义。
[0003]目前对于电催化析氢反应效果最好的催化剂是贵金属铂(Pt)，与其他催化剂相比，铂具有更低的过电位和更高的电流密度，然而，高成本和稀缺性阻碍了其实际应用，因此需开发廉价、高效的非贵金属析氢电催化剂。Ni2P用作析氢反应催化剂解决了高成本和稀缺性的问题，同时研究表明，Ni2P(001)晶面具有较高的析氢活性，因此，它极具开发前景。
[0004]然而，目前大部分方法所制备出来的Ni2P都是零维纳米颗粒，相比之下，一维(1D)纳米结构具有高效电子传输能力、更大的比表面积、高纵横比等优点，可通过制备Ni2P的一维纳米结构实现其催化性能的提升。当前，科研者分别从固态、气相及液态技术三个角度，开发了众多一维纳米结构的制备方法，令人遗憾的是，固态技术和气相技术均需要复杂的设备及昂贵的材料才能完成制备，而液态技术的实验过程中必须严格控制温度和碱性pH值，成本及实验条件上的劣势导致上述三类方法难以用于Ni2P大规模生产。如何解决设备、成本及合成条件问题从而实现Ni2P一维纳米线的工业化生产是困扰研究人员的瓶颈问题。

技术实现思路

[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链及其制备方法和应用，该磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法，之所以选择磁场诱导合成，原因在于这种方法可以与固态技术、气相技术以及基于液体或溶液的技术结合使用，并且通过调节磁场强度和磁场使用阶段诱导形成一维纳米链结构的Ni2P，制备方法具有简单、清洁、通用且价格低廉等特征。并且制备的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链，其比表面积、电子传输能力均有提高，能够作为电催化析氢反应的催化剂，提高析氢的催化活性以及磁性能。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]本专利技术的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法，以镍盐和尿素为原料，施加磁场下，保温反应，得到磷化镍前驱体；
[0008]将磷化镍前驱体和次磷酸钠在惰性气体保护下，煅烧，得到磁场诱导合成Ni2P一
维纳米链。
[0009]本专利技术的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法，具体包括以下步骤：
[0010]S1：以去离子水为溶剂，镍盐和尿素(CN2H4O)为原料，溶解混合均匀，得到反应溶液；按摩尔比，镍盐中的镍：尿素＝(0.75～1.5)：(2.5～7.5)。
[0011]S2：将反应溶液置于反应釜中，外加匀强磁场，磁场强度为5～6T，在120～180℃保温 6～12h，冷却、固液分离、固态产物洗涤、干燥，得到磷化镍前驱体；
[0012]S3：按摩尔比，磷化镍前驱体：次磷酸钠＝(0.8～1.2)：(4～6)称量物料，将磷化镍前驱体和次磷酸钠分别置于管式炉中，持续通入氮气，在300～400℃煅烧2～4h，冷却，得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。
[0013]进一步的，所述的S1中，按质量比，镍盐：去离子水＝(0.6～1.4)：60。
[0014]所述的S1中，镍盐优选为六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)、氯化镍、硫酸镍、乙酸镍的一种或几种。
[0015]所述的S1中，溶解混合均匀优选采用超声和/或机械搅拌，其中，超声时间优选为10～20 min，机械搅拌，优选为磁力搅拌，磁力搅拌时间优选为30～60min。
[0016]所述的S2中，反应釜的升温速率为4～8℃/min。
[0017]所述的S2中，反应釜为抗磁性反应釜，优选为铜、陶瓷、聚四氟乙烯中的一种。
[0018]所述的S2中，固液分离优选为离心。
[0019]所述的S2中，干燥温度为40～60℃，干燥时间为8～12h。
[0020]所述的S2中，冷却、固液分离、固态产物洗涤，均为本领域常规操作，可以选用以下方法：室温自然冷却，离心分离，离心转速为8000～10000r/min，离心时间为10～15min，将固态产物分别交替用无水乙醇和水各洗涤至少3次。
[0021]所述的S3中，所述的次磷酸钠优选为一水合次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O)。
[0022]所述的S3中，通入氮气的流量为50～80cc/min。
[0023]所述的S3中，管式炉升温速率为1～3℃/min。
[0024]所述的S3中，作为优选，分别将磷化镍前驱体和一水合次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O)置于瓷舟中，并将装有物料的瓷舟置于管式炉中，其中，装有磷化镍前驱体的瓷舟置于管式炉的气流下游，装有一水合次磷酸钠(NaH2PO2·
H2O)的瓷舟置于管式炉的气路上游。
[0025]本专利技术的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链，采用上述制备方法制得。
[0026]所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链，其比表面积为45～60m
2 g
‑1，宽度为1～4μm，长度为20～50μm。
[0027]本专利技术的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的作为电催化析氢材料的应用，具体是将磁场诱导合成Ni2P一维纳米链作为在电催化析氢反应中的催化剂。
[0028]所述的电催化析氢反应中的催化剂的制备方法为：将磁场诱导合成Ni2P一维纳米链和Nafion溶液混合，并以0.5～1mg/cm2负载在碳纸上，按固液比，磁场诱导合成Ni2P一维纳米链：Nafion溶液＝(4～6)mg:(40～60)μL。
[0029]在电催化析氢反应中，在10、100、200mA cm
‑2电流密度下，其过电位分别为205、375、 408mV，并且在24h的测试中保持较好的稳定性。
[0030]本专利技术的一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链，相较于零维纳米颗粒，一维纳米链具有颗粒呈线性排列的特征。通过本专利技术的实验证明，在磁场条件下，物质都将处于磁化状
态，即可通过磁化能的作用实现纳米颗粒的线性排列，与此同时最为重要的是，磁场能够影响形核过程中的临界形核半径和形核率以及影响长大过程中的扩散生长速率和反应生长速率，故本专利技术通过调控磁场强度，实现纳米颗粒从零维向一维的转变。反应初期，强磁场加速离子的富集和扩散，促进局部区域离子达到过饱和溶液浓度，实现液固相变，析出纳米颗粒，但是该阶段纳米颗粒的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法，其特征在于，以镍盐和尿素为原料，施加磁场下，保温反应，得到磷化镍前驱体；将磷化镍前驱体和次磷酸钠在惰性气体保护下，煅烧，得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。2.一种磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：以去离子水为溶剂，镍盐和尿素为原料，溶解混合均匀，得到反应溶液；按摩尔比，镍盐中的镍：尿素＝(0.75～1.5)：(2.5～7.5)；S2：将反应溶液置于反应釜中，外加匀强磁场，磁场强度为5～6T，在120～180℃保温6～12h，冷却、固液分离、固态产物洗涤、干燥，得到磷化镍前驱体；S3：按摩尔比，磷化镍前驱体：次磷酸钠＝(0.8～1.2)：(4～6)称量物料，将磷化镍前驱体和次磷酸钠分别置于管式炉中，持续通入氮气，在300～400℃煅烧2～4h，冷却，得到磁场诱导合成Ni2P一维纳米链。3.根据权利要求2所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法，其特征在于，所述的S1中，按质量比，镍盐：去离子水＝(0.6～1.4)：60；和/或，镍盐为六水合硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、乙酸镍的一种或几种；和/或，溶解混合均匀采用超声和/或机械搅拌，其中，超声时间为10～20min，机械搅拌时间为30～60min。4.根据权利要求2所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法，其特征在于，反应釜的升温速率为4～8℃/min；和/或，干燥温度为40～60℃，干燥时间为8～12h。5.根据权利要求2所述的磁场诱导合成Ni2P一维纳米链的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁双，王钟，李成林，齐聪，王强，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：