【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及到一种电解水制氢所使用的催化剂，其以泡沫镍作为载体，上面为二维晶态/非晶态的双相复合的nio/ni(oh)2纳米片阵列，具有紧密的微观界面结构，可用作高效稳定的电解水自支撑催化电极，属于电催化。
技术介绍
1、近年来，对于清洁可再生能源，如风能，太阳能，氢能，热能，潮汐能，水力等的关注度日益上升。其中，氢气作为绿色能源的重要来源，由于其原料的广泛，具备可再生性，唯一燃烧产物是水，绿色环保，且易于传输可存储等优点，被视为当代能源的首选替代物。电解水制氢的方法，具有得到的氢气纯度高，电解效率高，反应过程无任何污染的优点，视为氢能源转化关系中至关重要的一步，是目前工业制氢的可靠方法。在电解水制氢，即电催化全水分解中，虽然理论电压值为1.23v，但由于在实际反应过程中必须攻克的各步反应能垒，其实际电压值远高于理论值。高性能催化剂的使用可以有效改善各步的吸脱附能，进而降低全水分解的电压值，成为了高效率电解水产氢的重点。
2、目前，高效率电解水催化剂的研究热点主要聚焦在贵金属和过渡族元素的金属化合物。贵金属催化剂，如pt、ir、ru等，是目前认为作为催化剂的最佳材料，然而其价格昂贵，资源稀缺，不具备大规模工业化应用。过渡族元素的金属及其化合物，价格低廉，含量丰富，并且其3d电子轨道的空位状态十分适合于催化过程的电子转移，有利于其电催化性能。考虑到电解水的实际反应发生在催化剂的表面活性位点处，因此电催化性能的提高主要聚焦在提高单位面积上活性位点数量以及单一活性位点的本征活性。
3、为了提高单位面积上的活性
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的首要技术问题在于提供一种自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极(简称为纳米片阵列电极)。
2、本专利技术所要解决的另一技术问题在于提供一种上述纳米片阵列电极的制备方法。
3、为实现上述技术目的，本专利技术采用以下的技术方案：
4、一种自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极，其为泡沫镍基底，表面负载有自支撑的二维结构，该二维结构为片状的非结晶状态的ni(oh)2以及在该结构上与泡沫镍表面接触面形成的结晶状态的nio的结构，而且镍元素和氧元素均匀分布在整个纳米片中，镍和氧的原子的比率为0.7～0.9之间。
5、制备上述自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极的制备方法：
6、步骤一：将泡沫镍清除氧化层；
7、步骤二：将乙醇、水、乙二醇和路易斯碱搅拌混合后，注入反应釜的聚四氟乙烯衬里中；
8、所述路易斯碱为：乙二胺四乙酸(edta)、六亚甲基胺(hmta)、氨水(nh3·h2o)、甲胺(ch3nh2)和尿素(co(nh2)2)中的一种。
9、步骤三：将一块如步骤一处理并预清洁的泡沫镍浸入步骤二的反应液中，并将反应釜密封，加热到120℃以上，反应1小时以上；
10、步骤四：将产物自然冷却至室温后，取出表面重构的泡沫镍催化剂，洗涤后干燥；
11、步骤五，在预热到280～330℃以上的马弗炉中，将步骤四所制备的产物快速煅烧3至6分钟，即制得自支撑的泡沫镍上负载结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列的催化剂。
12、进一步地，所述步骤一中，将泡沫镍依次在0.1mmol/l的盐酸、乙醇和纯水中超声处理30分钟，以去除表面氧化层。
13、进一步地，所述步骤二中，泡沫镍、乙醇、水、乙二醇和路易斯碱的比例为：1份质量的泡沫镍，1份质量的水，3份质量的乙醇，8～12份的乙二醇，乙二胺四乙酸(edta)为3～4份，其他路易斯碱中参与反应的n元素的摩尔量折合成乙二胺四乙酸(edta)的n元素的摩尔量一致。
14、进一步地，所述步骤三中，将一块如步骤一所处理预清洁的泡沫镍浸入步骤二的反应液中，反应釜密封后加热到120～150℃，反应1～18小时。
15、进一步地，所述步骤四中，将步骤三所得产物自然冷却至室温后，即为表面重建的泡沫镍催化剂，将其用水和乙醇洗涤数次，并在真空烘箱中干燥。
16、进一步地，所述步骤五中，马弗炉为280～330℃温度，将步骤四所制备的产物快速煅烧3～6分钟。
17、以上的自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极，或者利用所述制备方法获得的纳米片阵列电极在析氢及析氧的电催化材料中的应用。
18、有益效果：
19、单组分的nio或ni(oh)2自身的催化性能较差，这主要是由于其较差的电子导电性和有限的活性中心。为了克服这些限制，本专利技术提供了一种自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极的制备方法。这种方法特别利用泡沫镍作为基底，通过水热反应和快速煅烧过程，形成具有大量反应位点和活性中心的二维结构，从而显著提高电子导电率和催化活性。
20、进一步地，本专利技术采用了“界面工程”策略，通过调节电催化剂/基底界面和电催化剂内部界面的电子结构，促进了电子转移，并改善了吸附性能。这种调节作用降低了析氢反应(her)和析氧反应(oer)的能垒，缓解了催化剂的失活过程。特别是泡沫镍在水热反应后生成的纳米片阵列与泡沫镍基底之间的界面，以及快速煅烧中形成的纳米片内部结晶状态的nio和非晶状态ni(oh)2之间的强耦合界面，都起到了关键作用。
21、与常用的粉末状催化剂相比，本专利技术中的自支撑电极无需粘合剂即可直接生长在导电基底上，简化了制备工艺，降低了界面连接电阻，并提高了工作稳定性。此外，自支撑结构的纳米片阵列有利于充分发挥泡沫镍的大比表面积优势，同时其开放结构有利于气泡的快速释放，进一步提高了本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种自支撑二维结晶/非晶NiO/Ni(OH)2纳米片阵列电极，其特征在于：
2.一种自支撑二维结晶/非晶NiO/Ni(OH)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的自支撑二维结晶/非晶NiO/Ni(OH)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于：
4.如权利要求2所述的自支撑二维结晶/非晶NiO/Ni(OH)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于：
5.如权利要求2所述的自支撑二维结晶/非晶NiO/Ni(OH)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于：
6.如权利要求2所述的自支撑二维结晶/非晶NiO/Ni(OH)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于：
7.如权利要求2所述的自支撑二维结晶/非晶NiO/Ni(OH)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于：
8.如权利要求1所述的自支撑二维结晶/非晶NiO/Ni(OH)2纳米片阵列电极，或者权利要求2～7所述的制备方法获得的纳米片阵列电极在析氢及析氧的电催化材料中的应用。
【技术特征摘要】
1.一种自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极，其特征在于：
2.一种自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
3.如权利要求2所述的自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于：
4.如权利要求2所述的自支撑二维结晶/非晶nio/ni(oh)2纳米片阵列电极的制备方法，其特征在于：
5.如权利要求2所述的自支撑二维结晶/...
【专利技术属性】
技术研发人员：钟如意，郑李垚，蔡超，叶思宇，李俊，
申请(专利权)人：广州大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。