本發(fā)明屬于催化材料，具體涉及一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑的制備方法及應用。

背景技術：

1、隨著人口的快速增長和工業(yè)的發(fā)展，全球能源需求迅速增長，刺激了社會能源消耗并增加了環(huán)境負擔。全球能源供應和隨之而來的環(huán)境問題正促使科研工作者們尋求可再生、清潔和替代能源，以取代逐漸枯竭且污染嚴重的化石燃料。目前，可持續(xù)綠色能源有太陽能、潮汐能、風能、水能和氫能等。其中，地球上豐富的元素氫具有較高的能量密度，被認為是傳統(tǒng)能源最有前途的替代品。

2、遺憾的是，由于析氫反應(her)和析氧反應(oer)的動力學特性緩慢，尤其是由oer的四步質子耦合電子轉移引起的巨大能量勢壘，需要一個有效的催化劑來縮小理論電位和實際需要的電位之間的差距。因此，在設計高效的工藝和系統(tǒng)中催化劑發(fā)揮著關鍵作用，可以最大限度地提高原材料的價值滿足能源需求，實現(xiàn)未來可持續(xù)能源和工業(yè)大規(guī)模產(chǎn)氫生產(chǎn)目標。

3、現(xiàn)如今，非貴金屬基催化劑的性價比最高，越來越多的人致力于開發(fā)過渡金屬基電催化劑，其中主要包括過渡金屬氧化物、磷化物、硫化物、硒化物和氮化物等。通過一系列合理手段如摻雜雜原子、構建異質結界面和引入缺陷或空位等優(yōu)化電催化性能，目前已有許多過渡金屬基電催化劑催化活性可與貴金屬基催化劑媲美。然而，盡管上述研究取得了顯著的成果，但非貴金屬催化劑依舊會受到活性位點不足以及反應動力學緩慢的限制，影響其在水電解領域內(nèi)的應用。

技術實現(xiàn)思路

1、針對上述存在的問題，本發(fā)明提供了一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑的制備方法。本發(fā)明所涉及的電催化劑材料采用水熱-固相熱處理相結合的制備方法，步驟包括先采用水熱反應制得碳納米管負載的ni(oh)2納米片前驅體，然后再經(jīng)水熱反應得到碳納米管纏繞s摻雜nise2電催化劑，最終在惰性氣氛下熱處理，引入se空位。

2、本發(fā)明采用的技術方案具體如下：

3、(1)將碳納米管、鎳鹽、烏洛托品和檸檬酸鹽、聚乙烯吡咯烷酮溶于去離子水/乙醇混合溶液中，混合均勻，在特定溫度下水熱反應一定時間，反應后經(jīng)離心、洗滌、干燥，得到碳納米管負載的ni(oh)2納米片前驅體；

4、(2)將s1所述前驅體分散于含有硫源和硒源的水溶液中，再轉移到高壓水熱釜中選擇合適的溫度和時間進行反應，然后離心、洗滌、干燥得到碳納米管纏繞s摻雜nise2電催化劑；

5、(3)將s2中得到的粉末在惰性氣氛下選擇設置合適的升溫速率、煅燒溫度以及煅燒時間即可得到碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑。

6、其中，步驟(1)中，鎳鹽包括但不限于硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳以及醋酸鎳等中的一種或多種，其濃度為5～50mmol?l-1；水熱溫度為90～150℃；水熱時間為5～12h。

7、其中，步驟(2)中，硫源包括但不限于硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫脲、硫化鈉、硫代乙酰胺等；硒源包括但不限于硒酸鈉、硒氫化鈉、硒脲、亞硒酸鈉、硒化鈉等；硫源濃度為10～100mmol?l-1；硒源濃度為10～100mmol?l-1；水熱溫度為100～200℃；水熱時間為10～48h。

8、其中，步驟(3)中，所述惰性氣氛包括氮氣、氬氣、氦氣；升溫速率為1～20℃?min-1；目標溫度為250～450℃；保溫時間為0.5～6h。

9、本發(fā)明另一方面提供上述的制備方法制得的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑。

10、本發(fā)明還提供上述的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑在電解水或金屬空氣電池中的應用。

11、本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術具有的有益效果如下：

12、本發(fā)明所述的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑在堿性條件下的oer活性的穩(wěn)定性優(yōu)于商業(yè)的貴金屬催化劑。

技術特征：

1.一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑，其特征在于：所述催化劑中碳納米管交錯纏繞形成一體化的導電網(wǎng)絡。

2.一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑，其特征在于：所述催化劑nise2中摻雜s原子。

3.一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑，其特征在于：所述催化劑nise2中存在豐富se空位。

4.制備權利要求1，2和3所述的一種碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

5.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟s1中，鎳鹽包括但不限于硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳以及醋酸鎳等中的一種或多種，其濃度為5～50mmol?l-1；水熱溫度為90～150℃；水熱時間為5～12h。

6.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟s2中，硫源包括但不限于硫代硫酸鈉、亞硫酸鈉、硫脲、硫化鈉、硫代乙酰胺等；硒源包括但不限于硒酸鈉、硒氫化鈉、硒脲、亞硒酸鈉、硒化鈉等；硫源濃度為10～100mmol?l-1；硒源濃度為10～100mmol?l-1；水熱溫度為100～200℃；水熱時間為10～48h。

7.根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于：步驟s3中，所述惰性氣氛包括氮氣、氬氣、氦氣；升溫速率為1～20℃?min-1；目標溫度為250～450℃；保溫時間為0.5～6h。

8.權利要求4-7任一項所述的制備方法制得的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑。

9.權利要求8所述的碳納米管纏繞s摻雜se空位型nise2電催化劑在電解水和金屬空氣電池中的應用。

技術總結
本發(fā)明公開了一種碳納米管纏繞S摻雜Se空位型NiSe<subgt;2</subgt;電催化劑的制備方法和應用，屬于催化材料技術領域。本發(fā)明所涉及的電催化劑材料采用水熱?固相熱處理相結合的制備方法，步驟包括先采用水熱反應制得碳納米管負載的Ni(OH)<subgt;2</subgt;納米片前驅體，然后再經(jīng)水熱反應得到碳納米管纏繞S摻雜NiSe<subgt;2</subgt;電催化劑，最終在惰性氣氛下熱處理，引入Se空位。本發(fā)明采用二合一策略設計并制備了具有豐富Se空位的碳納米管纏繞S摻雜NiSe<subgt;2</subgt;電催化劑。交錯纏繞的碳納米管提供了一體化的導電網(wǎng)絡，S原子和Se空位的引入提高了電催化劑的析氧反應活性，在水電解和金屬?空氣電池領域具有廣闊的應用前景。

技術研發(fā)人員：劉颯,韓雪梅,郭春雪,黃雙飛,梁靜瑤,羅濤,朱平,趙新生
受保護的技術使用者：江蘇師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/9