一种等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料及其制备方法，涉及电解水催化析氢技术领域，是以泡沫镍为基底，在其上原位生长固载有钼基多酸的镍基金属有机骨架纳米片阵列，再经等离子体活化处理得到的；所述等离子活化处理所用气体为氢气或氮气或两者的混合气体。本发明专利技术在镍基金属有机骨架原位生长过程中植入钼基多酸，再经氢气和氮气的混合气体等离子体活化后，构建了金属镍/氮化镍/镍钼合金/镍基金属有机骨架异质结构电催化剂，并将其应用于电解水析氢中，具有很好的HER催化活性和稳定性。好的HER催化活性和稳定性。好的HER催化活性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及电解水催化析氢
，尤其涉及一种等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]为了满足社会发展需求，全球能源资源迅速消耗，二氧化碳排放量巨幅增加，带来了严峻的能源和环境危机，应用新能源将势在必行。氢能又是众所周知的清洁能源和理想能源，利用可再生能源即通过太阳能或风能发电制氢，降低对当前社会有着不可或缺的重要意义。电解水制氢非常依赖于高效的催化剂来加速反应动力学。目前，最有效的电解水制氢(HER)催化剂是贵金属(如Pt)。然而，贵金属基电催化剂成本高且资源稀少。找到廉价、高活性和稳定性好的非贵金属基HER电催化剂能够代替贵金属基电催化剂迫在眉睫。
[0003]近年来，金属
‑
有机骨架(MOFs)材料因其比表面积大、孔尺寸可调节、结构易于修饰及活性位点丰富等特点，研究者们探索了MOFs及其复合材料用作催化电极材料在电解水反应中的应用。然而，以镍基金属
‑
有机骨架(Ni MOFs)为例的，常用于OER反应中，作为HER电催化剂，本身存在稳定性差、HER活性低等缺点。目前对提升Ni MOFs电催化剂的方法常见有引入磷、硫源改性Ni MOF，或者以MOFs基材料作为牺牲模板，衍生出高性能的电催化剂，以提高其HER性能，但这些方法会产生有毒副产物或者反应温度较高、反应时间较长。

技术实现思路

[0004]基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料及其制备方法，该电极材料具有很好的HER催化活性和稳定性。
[0005]本专利技术提出的一种等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料，是以泡沫镍为基底，在其上原位生长固载有钼基多酸的镍基金属有机骨架纳米片阵列，再经等离子体活化处理得到的；所述等离子活化处理所用气体为氢气或氮气或两者的混合气体。
[0006]本专利技术还提出了上述等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、选择合适大小的泡沫镍，清洗干净；
[0008]S2、将镍盐、钼基多酸和对苯二甲酸溶解在混合溶剂中，得到混合溶液；所述混合溶剂由N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水组成，搅拌；
[0009]S3、将泡沫镍浸入到S2的混合溶液中，密封，升温，保温反应，冷却后取出泡沫镍，清洗，即得到在泡沫镍基底上原位生长的固载有钼基多酸的镍基金属有机骨架纳米片阵列Ni MOF/POM；
[0010]S4、将S3中的泡沫镍置于等离子体增强化学气相沉积装置的反应室内，通入活化气体进行等离子活化处理，所述活化气体为氢气或氮气或两者的混合气体，即得到等离子活化的P
‑
Ni MOF/POM。
[0011]优选地，S1中，依次采用无水乙醇和丙酮超声清洗，然后用2
‑
3mol/L的盐酸超声清洗，最后用去离子水和无水乙醇冲洗，干燥。
[0012]优选地，S2中，所述镍盐选自六水合氯化镍；所述钼基多酸为钼酸铵。
[0013]优选地，S2中，镍盐、钼基多酸和对苯二甲酸的摩尔比为10：0.5
‑
1.5：10
‑
12；混合溶剂中N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水的体积比为14：1
‑
2：1
‑
2。
[0014]优选地，S2中，升温至120
‑
140℃，保温反应10
‑
14h。
[0015]优选地，S3中，所述混合气体中氢气和氮气的体积比为1：9。
[0016]优选地，S3中，等离子活化处理的条件为：等离子功率为400W、活化时间为20min。
[0017]本专利技术还提出了上述等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料在电催化析氢中的应用。
[0018]优选地，是在电催化碱性电解水析氢中的应用。
[0019]本专利技术在镍基金属有机骨架Ni MOFs中植入钼基多酸POMs，在Ni MOFs原位生长过程中，POMs进入到MOFs孔道结构内，得到固载有钼基多酸的镍基金属有机骨架纳米片阵列Ni MOF/POM；再经氢气和氮气混合器的等离子体活化后，生成金属镍/氮化镍/镍钼合金HER催化的活性物种。对于Ni MOFs而言，一方面能够增强其导电性，另一方面可以提供更多的活性物种，以增加电催化剂的HER性能。本专利技术通过低温等离子体技术活化HER电催化剂，构建异质结构，协同改善镍基金属
‑
有机骨架的HER性能和稳定性。
[0020]与现有技术相比，本申请的有益效果主要体现在以下几个方面：
[0021]1.本专利技术通过一种简单、高效和环境友好的方式，制备了含钼的金属有机骨架HER催化剂。
[0022]2.本专利技术的P
‑
Ni MOF/POM NSAs析氢催化剂的析氢活性高，在电流密度为10mA
·
cm
‑2时，只需要35mV低的析氢过电位；在电流密度大于100mA
·
cm
‑2下，其活性甚至超过了Pt/C催化剂。
[0023]3.本专利技术的P
‑
Ni MOF/POM NSAs析氢催化剂不仅稳定性好，而且具有较快的反应动力学。
[0024]本专利技术制备的P
‑
Ni MOF/POM NSAs具有较多的活性物种，更快的电荷转移过程，更多的催化活性位点，电解水析氢性能好，在大电流密度下可媲美基准Pt/C催化剂，可应用于电催化析氢领域。
附图说明
[0025]图1为本专利技术实施例1制备的P
‑
Ni MOF/POM NSAs的X射线衍射图；
[0026]图2为本专利技术实施例1制备的P
‑
Ni MOF/POM NSAs的扫描电镜图；其中，(a)和(b)为低分辨率扫描电镜图，(c)为高分辨率扫描电镜图；
[0027]图3为本专利技术实施例1制备的P
‑
Ni MOF/POM NSAs的元素映射图(a)和红外光谱图(b)；
[0028]图4为本专利技术实施例1和对比例1
‑
3制备的材料的X射线光电子能谱图；其中，Ni 2p(a)、Mo 3d(b)、N 1s(c)、C 1s(d)和O1s(e)；
[0029]图5为本专利技术实施例1和对比例1
‑
3制备的材料的LSV曲线和相应的Tafel斜率；
[0030]图6为本专利技术实施例1
‑
3制备的材料的LSV曲线和相应的Tafel斜率；
[0031]图7为实施例1、实施例4
‑
5制备的材料的LSV曲线和相应的Tafel斜率；
[0032]图8为本专利技术实施例1和对比例1
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料，其特征在于，是以泡沫镍为基底，在其上原位生长固载有钼基多酸的镍基金属有机骨架纳米片阵列，再经等离子体活化处理得到的；所述等离子活化处理所用气体为氢气或氮气或两者的混合气体。2.一种根据权利要求1所述的等离子体活化的含钼镍基金属有机骨架析氢电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、选择合适大小的泡沫镍，清洗干净；S2、将镍盐、钼基多酸和对苯二甲酸溶解在混合溶剂中，得到混合溶液；所述混合溶剂由N,N
‑
二甲基甲酰胺、乙醇和去离子水组成，搅拌；S3、将泡沫镍浸入到S2的混合溶液中，密封，升温，保温反应，冷却后取出泡沫镍，清洗，即得到在泡沫镍基底上原位生长的固载有钼基多酸的镍基金属有机骨架纳米片阵列Ni MOF/POM；S4、将S3中的泡沫镍置于等离子体增强化学气相沉积装置的反应室内，通入活化气体进行等离子活化处理，所述活化气体为氢气或氮气或两者的混合气体，即得到等离子活化的P
‑
Ni MOF/POM。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，S1中，依次采用无水乙醇和丙酮超声清洗，然后用2
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3mol/L的盐酸超声清洗，最后用去离子水和无水乙醇冲洗，干燥。4.如权利要求2或3所述的方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：遇鑫遥，齐琪，邵多，王奇，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：