一种NiSe2-Yb2O3电催化剂的制备方法及其应用

本发明属于电催化剂制备及应用领域，具体涉及一种nise2-yb2o3电催化剂的制备方法及应用。

背景技术：

1、随着化石燃料的枯竭，人们对可再生清洁能源的需求日益紧迫。而电解水是一种绿色环保的制备氢气及氧气的方法。电解水包括析氢反应(her)和析氧反应(oer)两个部分，其中，阳极氧演化反应(oer)动力学缓慢，是裂解水技术的瓶颈。因此，寻找合适的电催化剂以高效促进电解水过程至关重要。

2、在过渡金属硫族化物中，金属硒化物具有固有的高导电性，且成本低，化学稳定性高，因此被广泛应用于电催化领域，而镍基材料的加入可以有效提高材料的电催化性能，nise2凭借其表现出的良好的双功能催化活性，被认为是一种很有前途的电催化剂。然而对于nise2电催化性能的研究还远远不够。氧化镱yb2o3虽然自身电催化性能差，但其具有较高的亲氧性和热力学稳定性，能扩大活性位点密度，降低水解离的能垒，被广泛用做电催化的助剂。本发明首次尝试将其yb2o3和nise2复合，发现将该催化剂制备完成后滴在泡沫镍上可以获得较好的电催化效果，提高电催化反应的活性和稳定性，对开发过渡金属硒化物的多相异质结构电催化剂及能源转换和储存器件具有重要的理论和实际意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种nise2-yb2o3电催化剂的制备方法及其应用，将其应用于碱性环境下的电解水制备氢气和氧气，其具有优异的her和oer性能。

2、本发明的技术方案：本发明提供一种nise2-yb2o3电催化剂，该催化剂的具体制备步骤如下：

3、将亚硒酸加入到去离子水中，超声混合均匀，向其中加入硼氢化钠，继续搅拌，再将六水合硝酸镍以及yb2o3加入上述溶液，超声溶解，剧烈搅拌，充分混合后转移到内衬为聚四氟乙烯的反应釜，置于烘箱中进行水热反应，待反应结束后，取出反应物，用去离子水和乙醇洗涤后放入真空干燥箱烘干，得到的催化剂为nise2-yb2o3电催化剂。

4、进一步的，六水合硝酸镍和亚硒酸的摩尔比为1:2，六水合硝酸镍和硼氢化钠的摩尔比为1:2.4～3，yb2o3和六水合硝酸镍的摩尔比为0.05～0.15:5。

5、作为优选，yb2o3和六水合硝酸镍的摩尔比为0.1:5。

6、进一步的，水热反应温度为160℃，时间为24h，低于或高于该条件均无法合成得nise2，电催化活性变差。

7、进一步的，所述yb2o3的制备方法包括如下步骤：

8、将氯化镱溶于去离子水中，搅拌2～3h，在搅拌过程中加入尿素，将混合均匀的溶液移到坩埚，放至550～650℃马弗炉中充分反应3～5h，待反应结束后，用去离子水洗涤，放到干燥箱干燥过夜，得到yb2o3。

9、进一步的，所述氯化镱、尿素的质量比为0.3～0.5:2。

10、将上述方法制得的nise2-yb2o3电催化剂在电解水上的应用，具体步骤如下：

11、(1)将nise2-yb2o3电催化剂加入到混合溶剂中，所述混合溶剂由无水乙醇、超纯水、杜邦nafion溶液按体积比25:75:4混合而成，超声0.5h后，分5次滴250μl液体在泡沫镍(1cm2)表面，制得nise2-yb2o3电极；

12、(2)由工作电极为面积是1cm2的nise2-yb2o3电极、对电极为石墨棒电极、参比电极为hg/hgo电极构成三电极体系,置于电解液中进行电解水制备氢气和氧气。

13、本发明通过一步水热法合成nise2-yb2o3电催化剂，得到具有最佳电解水性能的nise2-yb2o3电催化剂，并将该催化剂应用于碱性环境下电解水制备氢气和氧气。

14、本发明取得的技术效果是：

15、本发明通过简单的一步水热法，在nise2中掺杂适量的助催剂yb2o3，二者复合形成异质结，得到nise2-yb2o3电催化剂，由其制成的电极，在碱性环境中表现出了优异的电解水性能，析氢(her)的性能为在-10ma/cm2的电流密度下表现出-135mv的过电位，相比于未改性电极、yb2o3电极、nise2电极的过电位降低了57.5％、49.4％、46.2％；析氧(oer)的性能为在10ma/cm2的电流密度下表现出178mv的过电位，相比于未改性电极、yb2o3电极、nise2电极的过电位降低了57.4％、49.5％、37.3％，证明了yb2o3对nise2的电催化析氧活性具有显著提高。此外，增加了电化学活性表面积，使其在电催化反应具有高度的活性和良好的稳定性。

技术特征：

1.一种nise2-yb2o3电催化剂的制备方法，其特征在于，所述nise2-yb2o3电催化剂为nise2、yb2o3构成的异质结催化剂，具体制备步骤如下：

2.根据权利要求1所述nise2-yb2o3电催化剂的制备方法，其特征在于，所述可溶性镍盐为六水合硝酸镍。

3.根据权利要求1所述nise2-yb2o3电催化剂的制备方法，其特征在于，所述可溶性镍盐和亚硒酸的摩尔比为1:2。

4.根据权利要求1所述nise2-yb2o3电催化剂的制备方法，其特征在于：所述硼氢化钠和可溶性镍盐的摩尔比2.4～3:1。

5.根据权利要求1所述nise2-yb2o3电催化剂的制备方法，其特征在于，所述yb2o3和可溶性镍盐比例为0.05～0.15:5。

6.根据权利要求1所述nise2-yb2o3电催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为160℃，时间为24h。

7.根据权利要求1所述nise2-yb2o3电催化剂的制备方法，其特征在于，所述yb2o3的具体制备步骤如下：

8.根据权利要求7所述nise2-yb2o3电催化剂的制备方法，其特征在于，所述氯化镱、尿素的质量比为0.3～0.5:2。

9.一种根据权利要求1-9任一项所述方法制备的nise2-yb2o3电催化剂在碱性条件下电解水的应用，其特征在于，包括如下步骤：

技术总结本发明属于电催化剂制备及应用领域，具体涉及到一种NiSe2‑Yb2O3电催化剂的制备方法及其应用。本发明通过简单的一步水热法，由NiSe2复合合适比例的助催剂Yb2O3，形成异质结，得到NiSe2‑Yb2O3电催化剂。本发明的制备方法简单方便，制备得到的NiSe2‑Yb2O3电催化剂在碱性环境中表现出了优异的析氢(HER)和析氧(OER)能力，且增加了电化学活性表面积，使其在电催化反应具有高度的活性和良好的稳定性。技术研发人员：马江权,吴怡,李楠,赵刚,赵凯,付文华,张世瑞受保护的技术使用者：常州大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2