一种二维Ni制造技术

本发明专利技术公开了一种二维Ni

【技术实现步骤摘要】
一种二维Ni
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Co4‑
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N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列的制备方法


[0001]本专利技术属于电催化材料及其制备
，具体涉及一种二维Ni
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Co4‑
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N/NC超薄纳米片 蜂窝状组装体阵列的之别方法，具体地说，是设计一种二维N掺杂的碳与二维Ni
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Co4‑
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N超 薄纳米片组装的蜂窝状超薄纳米片阵列自支撑电极材料。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁的可再生能源，不仅是重要的工业原料，还可以替代日益枯竭的化石 燃料，以缓解环境污染和全球变暖。电催化水分解被认为是最清洁的制氢方法之一。为了实 现制氢的工业应用，需要开发高效的电催化剂来降低反应的过电位，加速反应动力学，提高 析氢反应(HER)的效率。然而，大多数报道的电催化剂的析氢性能仅限于非常窄的pH范 围，这给在通用pH范围的操作条件下的实际应用带来了巨大挑战。此外，取之不尽的海水 占地球水资源的96.5％。通过海水电解制氢对于缓解全球淡水资源的短缺非常重要。并且该 制氢工艺还可以与氯碱工业相结合，获得更高的经济效益。然而，由于天然海水成分复杂， 在催化剂使用过程中普遍存在电导率低、易腐蚀、离子中毒等问题，这无形中增加了设计高 效稳定电催化剂的难度。因此，迫切需要开发在通用pH范围和天然海水中具有高活性和稳 定性的高效电催化剂。
[0003]过渡金属化合物，尤其是硫化物、磷化物、碳化物和氮化物，以其储量丰富、成本低廉、 电子性能优异等优点引起了人们的广泛关注。其中，过渡金属氮化物N原子掺入金属主晶格 的间隙空间并与金属原子共价键合表现出了类金属的特性，从而具有更好的导电性和稳定性。 此外，在金属d带的态密度下，金属
‑
氮键的形成为金属氮化物提供了给电子特性，这有利于 过渡金属氮化物(TMN)在HER过程中表现出更高的电催化活性。将金属氮化物与氮掺杂 碳(NC)材料进行复合，可以增加催化剂的导电性，并防止催化剂在催化过程中的腐蚀问题。 然而，目前仅有少量文献报道用于合成金属氮化物复合氮掺杂碳材料，且制备方法相对复杂。
[0004]超分子溶剂作为一种绿色溶剂，由于其粘度可调、挥发性低、电化学窗口宽等优点，已 在电化学、化工、能源、材料等诸多领域得到应用。在材料合成中，超分子溶剂由于高的粘 度和离子强度可用作结构导向剂，合成具有特殊形态和性能材料的软模板。因此，利用超分 子溶剂作为溶剂和前驱体，有望用于简单、大规模合成具有高性能的金属氮化物复合氮掺杂 碳材料。

技术实现思路

[0005]基于现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种二维Ni
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N/NC超薄纳米片蜂窝状 组装体阵列的合成方法，制备工艺简单，条件温和，制备成本低，可工业化生产，且对环境 无污染。得到的Ni
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Co4‑
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N/NC超薄纳米片阵列不仅可以在通用pH范围内具有优异的HER性 能，还可高效稳定的应用于天然海水分解制备氢气。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术所提供的一种二维Ni
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N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列的 制备方法，其特征在于，所述Ni
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N/NC超薄纳米片是由Ni
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Co4‑
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N纳米薄片与二维N掺杂的 碳(NC)原位生长复合而成，并生长于碳布的碳纤维表面，形成超薄纳米片的蜂窝状组装体 阵列结构，所述蜂窝状组装体阵列用作电极材料，在全pH范围内水分解产氢具有优异的产氢 效率，应用于天然海水分解制备氢气也具有高效稳定的活性，所述制备方法具体包括以下步 骤：
[0007]1)将NiCl2·
6H2O晶体和CoCl2·
6H2O晶体按照Ni
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的摩尔比混合，x＝0～～1，再按照 1:10～1:100的摩尔比，将NiCl2·
6H2O和CoCl2·
6H2O混合晶体与尿素混合，在35～95℃加热 形成类超分子溶剂；
[0008]2)取10
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2000μL上述类超分子溶剂涂覆于碳布表面并置于带盖方舟中，将方舟置于马弗炉 中，在氮气惰性气氛下以1
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20℃/min升温速率升温至350～750℃，并在此温度下保温0.5
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6h， 降温后，将得到的样品分别用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥，得到二维Ni
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N/NC超薄 纳米片蜂窝状组装体阵列电极材料。
[0009]本专利技术所述制备方法操作简单，前驱体能形成类超分子液体,制备成本低，易工业化生 产，所得二维Ni
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N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列均匀生长在碳布的表面。
附图说明
[0010]图1为本专利技术实施例1制备的二维超薄纳米片蜂窝状组装体阵列的不同倍数SEM照片；
[0011]图2为本专利技术实施例1制备的二维超薄纳米片蜂窝状组装体阵列的元素分布图；
[0012]图3为本专利技术实施例1制备的二维超薄纳米片蜂窝状组装体阵列的TEM照片(a)及 HRTEM照片(b)；
[0013]图4为本专利技术实施例1制备的二维超薄纳米片蜂窝状组装体阵列超薄纳米片的AFM图 谱；
[0014]图5为本专利技术实施例1制备的二维Ni
2.4
Co
1.6
N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列的XRD 图谱；
[0015]图6为本专利技术实施例1制备的二维Ni
2.4
Co
1.6
N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列的Raman 图谱；
[0016]图7为本专利技术实施例1制备的二维Ni
2.4
Co
1.6
N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列在酸性 pH下的HER曲线；
[0017]图8为本专利技术实施例1制备的二维Ni
2.4
Co
1.6
N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列在碱性 pH下的HER曲线；
[0018]图9为本专利技术实施例1制备的二维Ni
2.4
Co
1.6
N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列在中性 pH下的HER曲线；
[0019]图10为本专利技术实施例1制备的二维Ni
2.4
Co
1.6
N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列在天然 海水下的HER曲线；
[0020]图11为本专利技术实施例1制备的二维Ni
2.4
Co
1.6
N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列在酸性 pH下的HER稳定性；
[0021]图12为本专利技术实施例1制备的二维Ni
2.4...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二维Ni
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Co4‑
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N/NC超薄纳米片蜂窝状组装体阵列的制备方法，其特征在于，所述Ni
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Co4‑
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N/NC超薄纳米片是由Ni
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Co4‑
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N纳米薄片与二维N掺杂的碳(NC)原位生长复合而成，并生长于碳布的碳纤维表面，形成超薄纳米片的蜂窝状组装体阵列结构，所述蜂窝状组装体阵列用作电极材料，在全pH范围内水分解产氢具有优异的产氢效率，应用于天然海水分解制备氢气也具有高效稳定的活性，用于电催化还原废水中硝酸盐氮、电催化还原脱氯法处理氯代有机废水去除率高，所述制备方法成本低，前驱体能形成类超分子液体，工艺简单，易工业化生产，具体包括以下步骤：1)将NiCl2·
6H2O晶体和...

【专利技术属性】
技术研发人员：张德亮，王德宝，高航，孙瑞鸿，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：