立方二硒化镍NiSe_2的形貌控制合成与生长机理

在不同溶剂体系中,用简单的溶剂热法制备了NiSe2微球、切边切角八面体、三种不同尺寸的正八面体以及纳米线。在NH80/En混合溶剂中,随着En含量的增加,形貌逐渐由均一微球转化为切角切边八面体,最终转化为正八面体。在NH80/H2O溶剂中,反应的初期均出现了NiSe2纳米线,最后转变为正八面体。混合溶剂NH80/En体积比和NH80/H2O体积比对形貌控制合成具有关键性的作用。由于面心立方NiSe2内在晶体结构决定了晶面生长速率的次序R{111}<R{100}<R{110}。同时,由于乙二胺分子优先吸附在有裸露Ni 2+的晶面上,最终导致不同形貌的NiSe2晶体的生成。

利用电沉积-溶剂热-硒化技术提高基于二硒化镍对电极的染料敏化太阳能电池的填充因子

为了促进绿色可再生能源的开发利用,提高低成本染料敏化太阳能电池(DSCs)的光伏性能显得十分重要。对电极作为DSCs的重要组成部分,直接影响其光伏性能。针对硒化镍对电极的电催化性能及其光伏性能有待提高等关键问题,学者们已采用多种合成技术调控硒化镍的形貌与物相,从而提高硒化镍对电极的电催化性能。研究表明,二硒化镍(NiSe2)纳米材料由于具有较多的边缘活性位点而展现出较好的导电性与催化性能。然而,与基于铂电极的电池器件相比,基于NiSe2对电极的DSCs表现出相对较小的填充因子。本工作利用电沉积-溶剂热-硒化技术设计构建出一种新型NiSe2对电极。其中以氟掺杂二氧化锡(FTO)导电玻璃为基底,采用恒电势电化学沉积技术制备了Co(OH)2薄膜,并以其为生长点通过溶剂热法合成镍基金属有机框架(Ni-MOF)结构,进一步以硒粉为硒源在氩气环境下进行硒化处理制备NiSe2纳米材料。SEM、TEM、XRD与XPS测试结果表明:所制备的样品是由纯相NiSe2物相构成;NiSe2纳米材料呈现出颗粒状形貌,且平均粒径约为500nm;NiSe2纳米材料均匀生长在FTO导电玻璃表面上,可直接作为DSCs的对电极。循环伏安(CV)曲线、电化学阻抗谱(EIS)及塔菲尔(Tafel)极化曲线分析表明,NiSe2对电极展现出较窄的峰-峰间距,较小的串联电阻、电荷传输电阻、能斯特扩散阻抗以及较大的还原峰电流密度和交换电流密度,预示着NiSe2对电极具有良好的电催化性能。这是由于结晶度较高的纯相NiSe2纳米材料具有丰富的边缘活性位点;电沉积-溶剂热-硒化技术有效改善了NiSe2纳米材料在FTO导电玻璃上的附着强度,有利于电子的有效转移。此外,光电流密度-电压(J-V)曲线表明由NiSe2对电极组装的DSCs呈现出优异的光伏性能,其能量转换效率(PCE)高达7.63%,高于铂电极组装的DSCs(7.21%),其填充因子从0.65增大到0.70,可能是由于NiSe2对电极总电阻较小。本工作设计的新型NiSe2对电极不仅具有优异的电催化性能,还成功改善了基于NiSe2对电极的DSCs的填充因子,并有效提高了DSCs的光伏性能。

纳米混杂结构NiSe_2高效析氢电极制备及其电化学性能

采用水热和化学气相沉积两步法,在碳纤维纸(CFP)上直接合成纳米线/纳米颗粒混杂结构NiSe_2催化剂,制备出自支撑一体化电解水析氢电极。利用SEM、XRD和XPS,对复合电极的形貌、成分及物相组成进行了表征,并考察了该电极在0.5mol·L^(-1) H_2SO_4溶液中的电催化析氢性能。结果表明:在硒化反应过程中,碱式碳酸镍前驱体纳米线相互连接并最终形成纳米线与纳米颗粒相混合的混杂结构NiSe_2催化剂,均匀生长于碳纤维表面;NiSe_2纳米混杂结构电极驱动100mA·cm^(-2)的电流密度时所需的过电位为232mV,相比NiSe_2纳米颗粒结构电极(256 mV)具有更低的过电位。此外,其更低的塔菲尔斜率(38.3 mV·dec^(-1))、更小的电荷转移阻抗(3.2Ω)、更大的双电层电容(11.81mF·cm^(-2))以及近似两倍于NiSe_2纳米颗粒电极的转换频率值(0.284H_2·s^(-1)),都表明这种混杂结构电极具有优良的析氢性能。同时,经过3 000次循环伏安测试和20h持续电解测试,该电极呈现出优异的稳定性。

NiSe_2的合成制备及其电化学性能

采用溶剂热法在一缩二乙二醇(C_4H_(10)O_3)中一步合成二硒化镍纳米材料,反应中添加十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为表面活性剂.利用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、能谱仪(EDS)和拉曼光谱对产物进行了表征,利用电化学工作站对其电化学性能进行测试.结果表明,形貌规则的多面体和树枝状的产物被成功合成制备.通过控制镍硒比(n(Ni)∶n(Se))、反应时间和反应温度以合成不同形貌的二硒化镍.

Ni(SxSe1-x)2纳米线阵列催化电极的制备与析氢性能

黄铁矿型过渡金属硫属化合物(MX 2,典型的M=Fe、Co或Ni,X=S或Se)因具有独特的电子结构、低廉的价格、优异的催化活性和稳定性等特点,在电催化剂领域拥有广阔的发展前景。然而其电催化性能与传统Pt系贵金属催化剂相比尚有差距,因此本研究尝试通过掺杂调控催化剂成分的方式进一步改善其催化性能。以S和Se共掺杂Ni基硫属化合物为研究对象,选择碳纤维纸作为导电基底,采用水热法在碳纤维表面生长出Ni 2-(CO 3)(OH) 2纳米线阵列作为前驱体,并以S/Se混合粉作为反应源,利用化学气相沉积法实现S/Se与Ni 2(CO 3)(OH) 2的反应,合成了成分可控的阴离子共掺Ni(S x Se 1- x ) 2纳米线阵列自支撑一体化催化电极。电催化性能测试表明:在不同成分的Ni(S x Se 1- x ) 2中,Ni(S 0.81 Se 0.19 ) 2纳米线表现出最佳的催化性能,仅需要93 mV和135 mV的过电位就可以分别驱动10 mA·cm -2 和100 mA·cm -2 的电流密度,对应的Tafel斜率也低至42.07 mV·dec -1 。研究表明,阴离子掺杂能够进一步提高该类催化剂的催化活性,为高效率、低成本碱金属化合物电催化剂的设计和制备提供借鉴思路。

NiSe_(2)/CC中间层助力高性能锂硫电池的研究

锂硫电池是一种具有良好发展前景的高能量密度电池,但是由于硫电极的绝缘性、反应动力学低、反应过程中产生巨大的体积膨胀和严重的多硫离子穿梭效应等问题,限制了锂硫电池的商业化发展。为了探究NiSe_(2)对于提升锂硫电池的性能影响,采用胶体合成法将NiSe_(2)生长在自支撑碳布(CC)上作为锂硫电池的先进中间层,使用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对NiSe_(2)/CC的成分和形貌进行表征,通过电化学测试深入研究NiSe_(2)/CC中间层对电池充放电性能的影响。结果表明,NiSe_(2)的引入能有效抑制多硫离子的穿梭效应,提高电池的倍率性能和循环寿命。在2C(1C=1675 mAh·g^(-1))倍率下经过500圈循环后电池的比容量为667 mAh·g^(-1),衰减率仅为每圈0.057%。

NiSe_2化合物对氧还原反应的电催化性能

以NiCl2和Se粉为原料，采用溶剂热法合成了NiSe2化合物。利用SEM、XRD技术对化合物的微观形貌和相结构进行了表征，化合物由立方结构的NiSe2晶粒组成，呈现出类似花椰菜的表面形貌。利用旋转圆盘电极研究了NiSe2化合物对氧还原反应的电催化性能。在0．5mol／LH2SO4电解液中，NiSe2化合物对氧还原反应呈现明显的电催化活性，开路电位为0．80V（vs．NHE）。在0．63～0．77V（vs．NHE）电位范围内，测定的交换电流密度为1．35×10-5mA／cm2。根据Koutecky—Levieh方程计算出每个氧分子还原转移电子数约为3．8。