本申请公开了一种多相催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用，所述多相催化剂包括载体和活性组分；所述载体为MXene；所述活性组分包括磷化镍和二硒化钼；所述活性组分具有异质结构；所述异质结构包括在MXene基底上形成的Ni2P纳米片和MoSe2纳米片。本申请的Ni2P@MoSe2/MXene复合材料具有异质结构和纳米片阵列结构，该结构具有丰富的结构网络，极大的暴露活性位点，表现出优异的电催化性能。表现出优异的电催化性能。
【技术实现步骤摘要】
一种多相催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用
[0001]本申请涉及一种多相催化剂及其制备方法和在电解水析氢中的应用，属于催化剂
技术介绍
[0002]氢能作为21世纪的战略储备能源，因其零污染、可回收性和高能量密度而受到青睐。水电解作为制氢方法之一，由于其原料丰富、产品纯度高、易于控制反应条件，具有广阔的应用前景。
[0003]然而，电解水制氢过程(阴极氢析出、阳极氧析出)反应动力学缓慢，迫切需要高效的催化剂加快反应速率。贵金属基催化剂电催化活性高，但是稀有昂贵，而且稳定性较差。因此，开发低成本、高性能且强健的非贵金属催化剂迫在眉睫。
[0004]为了降低能源消耗，加快水的分解效率，许多工作长期一直集中在高效、廉价的非贵金属电解水催化剂的设计上，近几十年来，过渡金属化合物由于其特殊的电子结构和丰富的资源而受到广泛关注，包括过渡金属磷酸盐、硒化物、硫化物和氧化物，有望成为传统贵金属催化剂的替代品。在这些过渡金属化合物中，磷化镍因其价格低廉、特殊的电子结构、优异的化学稳定性和固体HER性能而受到人们的广泛关注，但是，纯磷化镍的HER性能并不是很理想，研究发现，通过异质结构策略可以有效地提高镍磷化化合物的电催化性能。
[0005]电解槽阴极催化剂可以分为两个大类，一类是以Pt为基础的Pt系催化剂，另外一类是非贵金属催化。其中主流的是贵金属催化剂，比如Pt/C催化剂，但是贵金属催化剂价格较高，性价比较低。因此开发非贵金属催化剂替代贵金属催化剂迫在眉睫，可以较大程度上降低电解槽的成本。<br/>
技术实现思路
[0006]现有技术中，通过异质结构NiSe/Ni2P材料实现了高效的水电解；而二硒化钼在伏尔默(Volmer)反应中具有电催化活性和良好的导电率，其H吸附自由能极低，类似于Pt电极；过渡金属化合物中，磷化镍因其价格低廉、特殊的电子结构、优异的化学稳定性和固体HER性能而受到人们的广泛关注，异质结构保留固有的性质时，各组分也能在不同组分之间产生协同电催化效应，这是单个组分或简单的物理混合无法实现的。因此，本申请合理设计磷化镍和二硒化钼形成多相催化剂，可以获得更优良的HER性能。
[0007]本申请基于采用水热法和磷化法合成了一种异质结构催化剂。该催化剂由直接生长在MXene纳米片衬底上的Ni2P纳米片和原位生长的二硒化钼纳米片(以下简称Ni2P@MoSe2/MXene)组成。由于Ni2P和二硒化钼之间的非均匀界面以及纳米片阵列，Ni2P@MoSe2/MXene催化剂形成有较大的比表面积，暴露更多的活性部位，提高电导率，其析氢性能远远优于单组件Ni2P和MoSe2。
[0008]本申请的一个方面，提供了一种多相催化剂，所述多相催化剂包括载体和活性组分；
[0009]所述载体为MXene；
[0010]所述活性组分包括磷化镍和二硒化钼；
[0011]所述活性组分具有异质结构；
[0012]所述异质结构包括在MXene基底上形成的磷化镍纳米片和二硒化钼纳米片；
[0013]所述二硒化钼纳米片通过原位生长的方式包覆在磷化镍纳米片上。
[0014]可选地，所述磷化镍纳米片和二硒化钼纳米片形成纳米片阵列；
[0015]所述MXene选自Ti3C2、Ti2C、Nb4C3、Nb2C中的至少一种；
[0016]可选地，所述催化剂中，磷化镍的负载量为催化剂总质量的5～15％，二硒化钼为催化剂总质量的40～60％；
[0017]优选地，所述催化剂的比表面积为20～100m2/g。
[0018]可选地，所述磷化镍的负载量独立的选自5％、10％、15％中的任意值或上述任意两点间的任意值；
[0019]可选地，所述二硒化钼的负载量独立的选自40％、50％、60％中的任意值或上述任意两点间的任意值。
[0020]本申请的另一个方面，提供一种上述的多相催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0021](1)将含有载体、镍源、尿素、NH4F的混合物，反应I、磷化处理后获得载体上负载有磷化镍的催化剂前驱体；
[0022](2)将含有步骤(1)获得的催化剂前驱体、硒源、钼源的混合物，反应II，获得所述多相催化剂。
[0023]可选地，所述镍源选自Ni(COOH)2、NiCl2、Ni(NO3)2、NiSO4中的至少一种，还包括上述镍源水合物；
[0024]所述硒源选自CH4N2Se、(CH3)2Se、(CH3)2SeO中的至少一种；
[0025]所述钼源选自H8MoN2O4、(NH4)6Mo7O
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、Na2MoO4中的至少一种。
[0026]可选地，所述镍源与尿素、NH4F、硒源、钼源的摩尔比为：镍源：尿素：NH4F：硒源：钼源＝(1.8～2.2)：(9～11)：(5～7)：(2～4)：(1～2)；
[0027]所述镍源与所述载体的质量比为1～7：3。
[0028]可选地，所述镍源与尿素、NH4F、硒源、钼源的摩尔比独立的选自2:10:6:2.4:1.5、1.8:9:5:2:1、2:10:6:3:1.5、2.2:11:7:4:2中的任意值或上述任意两点间的任意值；
[0029]可选地，所述镍源与所述载体的质量比独立的选自1:3、2:3、3:3、4:3、5:3、6:3、7:3中的任意值或上述任意两点间的任意值。
[0030]可选地，所述磷化处理包括以下步骤：
[0031]将反应I获得的产物与磷源分别放入两个瓷舟中，并置于管式炉的下游和上游，反应III，获得所述载体上负载有磷化镍的催化剂前驱体；
[0032]可选地，所述磷源选自NaH2PO2、NH4H2PO2、NaH2PO4中的至少一种；
[0033]所述镍源与所述磷源的摩尔比为1：2～5；
[0034]可选地，所述镍源与所述磷源的摩尔比独立的选自1:2、1:3、1:4、1:5中的任意值或上述任意两点间的任意值。
[0035]可选地，所述步骤(1)包括：
[0036]将载体置于含有镍源、尿素、NH4F的溶液I中，反应I；
[0037]可选地，所述溶液I中，所述镍源的浓度为50～80mmol/L；
[0038]所述尿素的浓度为250～400mmol/L；
[0039]所述NH4F的浓度为150～240mmol/L；
[0040]可选地，所述镍源的浓度独立的选自50mmol/L、60mmol/L、70mmol/L、80mmol/L中的任意值或上述任意两点间的任意值；
[0041]可选地，所述尿素的浓度独立的选自250mmol/L、300mmol/L、350mmol/L、400mmol/L中的任意值或上述任意两点间的任意值；
[0042]可选地，所述NH4F的浓度独立的选自150mmol/L、200mmol/L、240mmol/L中的任意值或上述任意两点间的任意值。
[0043]可选地，所述步骤本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种多相催化剂，其特征在于，所述多相催化剂包括载体和活性组分；所述载体为MXene；所述活性组分包括磷化镍和二硒化钼；所述活性组分具有异质结构；所述异质结构包括在MXene基底上形成的磷化镍纳米片和二硒化钼纳米片；所述二硒化钼纳米片通过原位生长的方式包覆在磷化镍纳米片上。2.根据权利要求1所述的多相催化剂，其特征在于，所述磷化镍纳米片和二硒化钼纳米片形成纳米片阵列；所述MXene选自Ti3C2、Ti2C、Nb4C3、Nb2C中的至少一种；优选地，所述催化剂中，磷化镍的负载量为催化剂总质量的5～15％，二硒化钼为催化剂总质量的40～60％；优选地，所述催化剂的比表面积为20～100m2/g。3.一种权利要求1或2所述的多相催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(1)将含有载体、镍源、尿素、NH4F的混合物，反应I，磷化处理后获得载体上负载有磷化镍的催化剂前驱体；(2)将含有步骤(1)获得的催化剂前驱体、硒源、钼源的混合物，反应II，获得所述多相催化剂。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述镍源选自Ni(COOH)2、NiCl2、Ni(NO3)2、NiSO4中的至少一种；所述硒源选自CH4N2Se、(CH3)2Se、(CH3)2SeO中的至少一种；所述钼源选自H8MoN2O4、(NH4)6Mo7O
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、Na2MoO4中的至少一种。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述镍源与尿素、NH4F、硒源、钼源的摩尔比为：镍源：尿素：NH4F：硒源：钼源＝(1.8～2.2)：(9～11)：...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴志连，史建民，俞波，
申请(专利权)人：宁波锋成先进能源材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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