于 靜 張 婷 劉 琦 劉婧媛 王 君

(哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，哈爾濱 150001)

科技及工業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境和能源危機(jī)，開(kāi)發(fā)可持續(xù)發(fā)展的氫能源是當(dāng)務(wù)之急[1?2]。貴金屬材料是常用的電解水制氫催化劑，但成本高、儲(chǔ)量低等缺點(diǎn)限制了其在商業(yè)中的大規(guī)模使用。過(guò)渡金屬的地殼含量豐富、成本相對(duì)低，成為電解水制氫的潛在催化劑[3]。常用的過(guò)渡金屬催化劑主要包括過(guò)渡金屬基氧化物[4?5]、硫化物[6?7]、硒化物[8]以及磷化物[9]等。然而，過(guò)渡金屬基材料電化學(xué)動(dòng)力學(xué)過(guò)程緩慢，需要達(dá)到較高的過(guò)電位才能實(shí)現(xiàn)氫氣的析出，是目前研究所面臨的重大挑戰(zhàn)。

由2種不同的元素組成的具有一定幾何結(jié)構(gòu)的雙金屬納米結(jié)構(gòu)材料，表現(xiàn)出遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于單金屬納米粒子的物理化學(xué)特性，具有更優(yōu)異的性能。二元鎳鈷的尖晶石材料(NiCo2O4)被廣泛應(yīng)用于磁性材料[10]、鋰離子電池[11]、氫燃料電池[12]、傳感器[13]等領(lǐng)域。然而，NiCo2O4的電導(dǎo)率較低，在一定程度上限制了其電化學(xué)性能。與氧化物和硫化物相比，過(guò)渡金屬硒化物(MxSe，M=Co、Ni、Fe)的金屬導(dǎo)電特性能促進(jìn)電催化過(guò)程中的高效電子轉(zhuǎn)移，從而表現(xiàn)出較好的電催化性能[14]。

基于上述思路，我們通過(guò)靜電紡絲技術(shù)及低溫煅燒的方法，合成負(fù)載雙金屬鎳鈷氧化物的氮摻雜碳纖維結(jié)構(gòu)(NiCo2O4/NCF)，以使得活性納米粒子充分暴露。通過(guò)研究煅燒溫度對(duì)產(chǎn)物形貌的影響，獲得形貌結(jié)構(gòu)及性能最優(yōu)良的NiCo2O4/NCF，并采用煅燒硒化構(gòu)建一種固定于NCF上的雙金屬硒化物納米顆粒(Ni，Co)Se2/NCF。同時(shí)，考察硒化溫度、硒粉含量對(duì)產(chǎn)物物相、結(jié)構(gòu)及形貌的影響，并對(duì)制備的產(chǎn)物在酸性和堿性介質(zhì)中的電催化析氫性能進(jìn)行研究，旨在通過(guò)硒化提升材料的本征導(dǎo)電性，利用雙金屬之間的相互作用顯著提升材料的催化性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)試劑

六水合硝酸鈷(Co(NO3)2·6H2O)、六水合硝酸鎳(Ni(NO3)2·6H2O)、N，N?二甲基甲酰胺(DMF)購(gòu)自天津市大茂化學(xué)試劑廠；硒粉(Se)購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；聚丙烯腈((C3H3N)n，PAN，Mw=150 000)購(gòu)自Sigma?Aldrich。所有試劑均為分析純且未經(jīng)進(jìn)一步提純。

1.2 材料的制備

1.2.1 NiCo2O4/NCF的制備

首先合成紡絲前驅(qū)體溶液，將4 mmol六水合硝酸鎳和4 mmol六水合硝酸鈷加入到18 mL DMF溶液中，攪拌20 min使其完全溶解，之后緩慢加入1.2 g PAN，在60℃下攪拌2 h，得到分散均勻的前驅(qū)體溶液。靜電紡絲的電壓設(shè)置為20 kV，噴頭到鋁箔的接收距離為20 cm，噴速設(shè)置為1 mL·h-1。將紡絲制得的纖維薄膜進(jìn)行煅燒處理，具體的步驟：將纖維薄膜放入小瓷舟中，然后放入管式爐，在空氣氣氛中，以3℃·min-1的升溫速率升溫至250℃并保溫1 h，之后繼續(xù)以3℃·min-1的升溫速率升溫至400℃，保溫2 h，將得到的樣品命名為NiCo2O4/NCF。作為對(duì)比，在未進(jìn)行預(yù)氧化且其他條件均相同的條件下，分別在350、400、500℃下進(jìn)行煅燒，獲得的樣品依次命名為 NiCo2O4/NCF?1、NiCo2O4/NCF?2、NiCo2O4/NCF?3。

1.2.2 (Ni，Co)Se2/NCF的制備

稱取上述50 mg NiCo2O4/NCF與0.2 g硒粉一起放入管式爐內(nèi)，硒粉置于管式爐上游，在高純氮?dú)鈿夥障拢?℃·min-1的升溫速率升溫至350℃煅燒，保溫2 h，將制備得到的樣品命名為(Ni，Co)Se2/NCF。作為對(duì)比，在相同的質(zhì)量(0.2 g硒粉)和氣氛條件下，在450℃下煅燒硒化，得到的樣品命名為(Ni，Co)Se2/NCF?1；取0.4 g硒粉，在350 ℃、氮?dú)鈿夥諚l件煅燒硒化1 h，得到的樣品命名為(Ni，Co)Se2/NCF?2；取0.4 g硒粉，在500 ℃、氮?dú)鈿夥諚l件下，煅燒硒化1 h，得到的樣品命名為(Ni，Co)Se2/NCF?3。

1.3 材料的表征

采用日本JEOL公司D/max?TTR?Ⅲ型X射線粉末衍射儀表征樣品的物相，輻射源為CuKα，波長(zhǎng)λ=0.154 178 nm，測(cè)試電壓為40 kV，測(cè)試電流為150 mA，掃描范圍2θ=10°～70°；采用美國(guó) FEI公司 FEI Talos F200X透射電子顯微鏡(TEM，加速電壓為200 kV)和德國(guó)卡爾蔡司公司JEOLJSM?7500F型掃描電子顯微鏡(SEM，加速電壓為5 kV)對(duì)材料的微觀形貌進(jìn)行表征；采用美國(guó)Thermo Fisher Scientific公司Thermofisher Escalab型光電子能譜儀(XPS)分析樣品的表面元素價(jià)態(tài)。

1.4 電催化性能測(cè)試

工作電極制備方法如下：將泡沫鎳分別在硝酸、丙酮、無(wú)水乙醇和去離子水中浸泡并超聲處理30 min，之后用去離子水沖洗干凈，干燥備用。稱取5 mg制備好的樣品加入到40 μL 5%Nafion溶液、480 μL去離子水和480 μL異丙醇的混合溶液中，超聲分散。用移液槍量取120 μL的混合液滴在經(jīng)過(guò)預(yù)處理的泡沫鎳上(1 cm×0.5 cm)，晾干備用。催化劑的負(fù)載量為1.2 mg·cm-2。

使用CHI?760E辰華電化學(xué)工作站測(cè)試樣品的電催化析氫性能。采用傳統(tǒng)的三電極體系，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，對(duì)電極為石墨棒電極，工作電極為負(fù)載樣品的泡沫鎳電極，電解液為1 mol·L-1KOH或者0.5 mol·L-1H2SO4溶液。線性掃描伏安法(LSV)測(cè)試的掃描速度為2 mV·s-1，阻抗測(cè)試頻率為10-1～105Hz。穩(wěn)定性通過(guò)循環(huán)伏安(CV)測(cè)試前后的LSV曲線和計(jì)時(shí)電位曲線評(píng)價(jià)得到。

2 結(jié)果與討論

首先對(duì)不同煅燒溫度下的樣品進(jìn)行了XRD測(cè)試，如圖1a所示，可以看到煅燒后的納米碳纖維均出現(xiàn)位置相同的衍射峰，且隨著溫度的升高，衍射峰的強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)。各衍射峰的位置與立方晶系的NiCo2O4(PDF No.20?0781)的峰一一對(duì)應(yīng)，晶格常數(shù)a=b=c=0.811 nm。除此之外，并沒(méi)有觀察到其它衍射峰的存在，進(jìn)一步證明了所制備NiCo2O4材料具有較高的純度。同時(shí)研究了硒化后各個(gè)樣品的物相，如圖1b所示，在不同煅燒溫度和不同硒化含量的條件下，所制備樣品的XRD峰與(Ni，Co)Se2(PDF No.29?1417)基本一致。位于 30.4°、33.9°、37.3°、43.2°、51.6°、56.2°、58.4°和62.6°處的衍射峰分別對(duì)應(yīng)(Ni，Co)Se2的(200)、(210)、(211)、(220)、(311)、(230)、(321)和(400)晶面。

圖1 所制備的(a)氧化物和(b)硒化物的XRD圖Fig.1 XRD patterns of the as?prepared(a)oxides and(b)selenides

圖2a為NiCo2O4/NCF的SEM圖。經(jīng)過(guò)了預(yù)氧化過(guò)程后，在350℃進(jìn)行煅燒處理的樣品保持良好的纖維形貌，平均直徑在300～500 nm之間，纖維相互交錯(cuò)分布，在纖維的頂端，可以清楚地看到納米纖維呈中空結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有利于電解液與電極的充分接觸。纖維的表面呈凹凸不平的粗糙界面，該界面更有利于活性位點(diǎn)的充分暴露。經(jīng)過(guò)0.2 g硒粉在350℃下硒化處理之后，(Ni，Co)Se2/NCF材料依舊保持良好的碳纖維結(jié)構(gòu)，說(shuō)明硒化對(duì)材料的形貌影響不大(圖2b)。(Ni，Co)Se2/NCF材料粗糙的纖維表面上分布著大量粒徑尺寸約為50 nm的顆粒。將(Ni，Co)Se2納米顆粒錨定在碳纖維上，有助于阻止納米顆粒的聚集、遷移和分離，同時(shí)暴露更多的活性位點(diǎn)數(shù)，提高了材料的整體導(dǎo)電性，進(jìn)而有利于提高其催化析氫活性。

圖2 (a)NiCo2O4/NCF和(b)(Ni,Co)Se2/NCF的SEM圖Fig.2 SEM images of(a)NiCo2O4/NCF and(b)(Ni,Co)Se2/NCF

圖3為(Ni，Co)Se2/NCF的TEM圖，該圖進(jìn)一步證實(shí)了碳纖維的形貌，與SEM測(cè)試結(jié)果一致。通過(guò)圖3b 的高分辨 TEM(HRTEM)圖觀察可知，(Ni，Co)Se2/NCF 的晶格條紋間距d=0.20 nm，與(Ni，Co)Se2的(220)晶面吻合。(Ni，Co)Se2/NCF的 EDS(能量色散 X射線譜)元素分布圖(圖3c)顯示了C、N、Co、Ni、Se在整個(gè)碳纖維中共存且均勻分布。

圖3 (Ni,Co)Se2/NCF的(a)TEM圖、(b)HRTEM圖和(c)EDS元素映射圖Fig.3 (a)TEM image,(b)HRTEM image and(c)EDS element mappings of(Ni,Co)Se2/NCF

為了考察(Ni，Co)Se2/NCF的比表面積和孔徑分布情況，對(duì)其進(jìn)行了N2吸附-脫附等溫線測(cè)試。如圖4所示，(Ni，Co)Se2/NCF 的Brunauer?Emmett?Teller(BET)比表面積約為 36 m2·g-1，平均孔徑為38.5 nm。(Ni，Co)Se2/NCF的N2吸附-脫附曲線為典型的Ⅳ型等溫線，在中高p/p0(0.6～0.9)處出現(xiàn)了明顯的滯后回環(huán)，表明了樣品的介孔特性。

圖4 (Ni,Co)Se2/NCF的(a)N2吸附-脫附等溫線和(b)對(duì)應(yīng)的孔徑分布曲線Fig.4 (a)N2adsorption?desorption isotherm and(b)corresponding pore size distribution curve of(Ni,Co)Se2/NCF

通過(guò)XPS測(cè)試對(duì)(Ni，Co)Se2/NCF材料的表面化學(xué)元素及價(jià)態(tài)進(jìn)行分析。由圖5a可以看出，(Ni，Co)Se2/NCF含有Ni、Co、Se、C、N、O元素，表明其具有較高的純度。在Ni2p的譜圖中，結(jié)合能為855.8與854.3 eV的峰屬于Ni2p3/2，結(jié)合能為872.9和872.4 eV的峰屬于Ni2p1/2，在Ni2p1/2和Ni2p3/2旁邊各出現(xiàn)了一個(gè)衛(wèi)星峰，結(jié)合能分別是879.3和861.0 eV，在855.8 eV結(jié)合能處出現(xiàn)的分峰，是因?yàn)闃悠繁砻姘l(fā)生氧化，形成了Ni—O物種，這與之前的文獻(xiàn)報(bào)道一致[15]。在Co2p的譜圖中，結(jié)合能為779.6和794.6 eV的峰對(duì)應(yīng)Co—Se鍵中的Co2p3/2和Co2p1/2，781.1和796.3 eV處出現(xiàn)的峰對(duì)應(yīng)氧化的Co物種，此外，衛(wèi)星峰出現(xiàn)在786.0和802.6 eV處。在Se3d譜圖區(qū)域，55.0 eV處的峰歸屬于硒化物中的Se3d，58.9 eV附近的寬峰說(shuō)明了Se的表面氧化狀態(tài)[16]。在C1s區(qū)域，285.8 eV處歸屬于C=N的峰證明了N的成功摻雜。N原子摻雜可優(yōu)化局部電子結(jié)構(gòu)，同時(shí)產(chǎn)生豐富的缺陷，從而有利于增強(qiáng)其催化活性[17]。

圖5 (Ni,Co)Se2/NCF的(a)XPS總譜圖及(b)Ni2p、(c)Co2p、(d)Se3d、(e)C1s XPS譜圖Fig.5 (a)XPS survey spectrum and(b)Ni2p,(c)Co2p,(d)Se3d,(e)C1s XPS spectra of(Ni,Co)Se2/NCF

在1 mol·L-1KOH溶液中考察了各個(gè)樣品的電催化析氫活性。首先對(duì)比了不同溫度下煅燒得到的 NiCo2O4/NCF、NiCo2O4/NCF?1、NiCo2O4/NCF?2、NiCo2O4/NCF?3的性能。圖6a為樣品的LSV曲線，由圖可知，4種NiCo氧化物在10 mA·cm-2電流密度下雖然表現(xiàn)出接近的過(guò)電位值，但相比于其它電極，NiCo2O4/NCF隨著過(guò)電位的增大電流密度變化更加明顯，在100 mA·cm-2電流密度下表現(xiàn)出比其它3種電極更小的過(guò)電位值，因此我們選擇NiCo2O4/NCF進(jìn)行后續(xù)的硒化實(shí)驗(yàn)。為了探究NiCo2O4/NCF性能優(yōu)異的原因，我們測(cè)試了4種電極在20～200 mV·s-1掃速下的CV曲線并計(jì)算了在固液界面的雙電層電容值(Cdl)，其與電極的電化學(xué)活性表面積(ECSA)成正比，Cdl值越大表面電極材料的ECSA越大[18]。如圖6b～6f所示，NiCo2O4/NCF的Cdl值為0.99 mF·cm-2，大于NiCo2O4/NCF?1的0.84 mF·cm-2、NiCo2O4/NCF?2的 0.98 mF·cm-2和 NiCo2O4/NCF?3 的 0.88 mF·cm-2，表明NiCo2O4/NCF具有最大的電化學(xué)活性表面積和更多的催化活性位點(diǎn)暴露，有利于電催化反應(yīng)的發(fā)生。

圖6 NiCo2O4/NCF在1 mol·L-1KOH中的電催化析氫性能測(cè)試：(a)LSV曲線;(b)NiCo2O4/NCF、(c)NiCo2O4/NCF?1、(d)NiCo2O4/NCF?2、(e)NiCo2O4/NCF?3在20～200 mV·s-1下的CV曲線;(f)電容性電流與掃速之間的關(guān)系曲線Fig.6 Electrocatalytic hydrogen evolution performance of NiCo2O4/NCF in 1 mol·L-1KOH：(a)LSV curves;CV curves at different scan rates from 20 to 200 mV·s-1for(b)NiCo2O4/NCF,(c)NiCo2O4/NCF?1,(d)NiCo2O4/NCF?2,and(e)NiCo2O4/NCF?3;(f)capacitive current as a function of scan rate

硒化處理后各樣品及商用Pt/C(5%)的LSV曲線如圖7a所示，其中(Ni，Co)Se2/NCF顯示最低的起始電位及隨著外加電位的變化而迅速增加的陰極電流響應(yīng)。(Ni，Co)Se2/NCF需要102.3 mV的過(guò)電位就能達(dá)到 10 mA·cm-2電流密度，明顯小于(Ni，Co)Se2/NCF?1(139.4 mV)、(Ni，Co)Se2/NCF?2(178.8 mV)、(Ni，Co)Se2/NCF?3(199.1 mV)，以及文獻(xiàn)報(bào)道的其他過(guò)渡金屬硒化物催化劑，如CNT@NiSe/SS(174 mV)[19]、Ni0.33Co0.67Se2(106 mV)[20]、CoNiSe2@Co ?LDHs/NF(106 mV)[21]、(Ni，Co)Se2?石墨烯(127 mV)[22]等。(Ni，Co)Se2/NCF的性能甚至接近商用Pt/C電極(84.9 mV)。此外，利用Tafel曲線來(lái)考察不同電極的析氫動(dòng)力學(xué)，一般來(lái)說(shuō)，Tafel斜率越小，則電催化動(dòng)力學(xué)反應(yīng)越快。如圖 7b所示，(Ni，Co)Se2/NCF的 Tafel斜率為144.0 mV·dec-1，低于(Ni，Co)Se2/NCF?1、(Ni，Co)Se2/NCF?2、(Ni，Co)Se2/NCF?3(分別為207.1、201.8、319.9 mV·dec-1)，表明(Ni，Co)Se2/NCF 的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)性能較好。

圖7 樣品在1 mol·L-1KOH中的電催化析氫性能測(cè)試：(a)LSV曲線;(b)相對(duì)應(yīng)的Tafel曲線;(c)不同樣品的EIS曲線及等效電路圖(插圖);(d)(Ni,Co)Se2/NCF在不同電壓條件下的EIS曲線及等效電路圖(插圖);(e)(Ni,Co)Se2/NCF在20～200 mV·s-1下的CV曲線;(f)電容性電流與掃速的關(guān)系曲線Fig.7 Electrocatalytic hydrogen evolution performance test of the samples in 1 mol·L-1KOH：(a)LSV curve;(b)corresponding Tafel curves;(c)EIS curves and equivalent circuit diagram(Inset)of different samples;(d)EIS curves and equivalent circuit diagram(Inset)of(Ni,Co)Se2/NCF under different voltage conditions;(e)CV curves at different scan rates from 20 to 200 mV·s-1for(Ni,Co)Se2/NCF;(f)capacitive current as a function of scan rate

為了進(jìn)一步探索電極和電解質(zhì)界面的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，我們進(jìn)行了電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)試(Rs：溶液阻抗；Rct：電荷轉(zhuǎn)移阻抗；CPE：恒相位元件)，如圖7c所示，根據(jù)高頻區(qū)的半圓直徑計(jì)算Rct。一般認(rèn)為，半圓的直徑越小，Rct越小，越有利于電催化活性。(Ni，Co)Se2/NCF雜化材料在這些對(duì)應(yīng)材料中的Rct最低，為1.7 Ω，低于(Ni，Co)Se2/NCF?1(2.9 Ω)、(Ni，Co)Se2/NCF ?2(4.2 Ω)、(Ni，Co)Se2/NCF?3(5.1 Ω)和 NiCo2O4/NCF(11.1 Ω)，表明(Ni，Co)Se2/NCF 具有最快的電荷傳輸速率。在不同電壓條件下對(duì)(Ni，Co)Se2/NCF的阻抗譜進(jìn)行了測(cè)試，如圖7d所示，在150、200、300、400、450 mV條件下，隨著電壓的增大，半圓的直徑呈現(xiàn)不斷減小的趨勢(shì)，(Ni，Co)Se2/NC的Rct分別為36.7、15.3、3.8、1.7和 1.3 Ω，表明(Ni，Co)Se2/NCF 的阻抗隨著過(guò)電位的升高不斷降低，說(shuō)明不斷加速的電荷傳輸動(dòng)力學(xué)速率[23]。(Ni，Co)Se2/NCF在20～200 mV·s-1下的CV曲線如圖7e所示，經(jīng)估算(Ni，Co)Se2/NCF 的Cdl值為 4.1 mF·cm-2(圖 7f)，遠(yuǎn)大于 NiCo2O4/NCF 的 0.99 mF·cm-2(圖 6f)，表明(Ni，Co)Se2/NCF 具有更高的ECSA，有利于電催化反應(yīng)的進(jìn)行。

在實(shí)際應(yīng)用中，電化學(xué)穩(wěn)定性被認(rèn)為是評(píng)價(jià)電催化劑性能的另一個(gè)重要指標(biāo)。我們?cè)?0 mA·cm-2的電流密度下進(jìn)行了24 h的計(jì)時(shí)電位測(cè)試。如圖8所示，可以看到，在經(jīng)過(guò)24 h測(cè)試后，計(jì)時(shí)電位曲線幾乎沒(méi)有發(fā)生明顯的變化，這表明其電催化活性幾乎沒(méi)有減弱。即使在100 mA·cm-2的高電流密度下，其所需的電壓僅呈現(xiàn)較小的增加趨勢(shì)，從而說(shuō)明(Ni，Co)Se2/NCF電催化劑在堿性介質(zhì)中具有良好的穩(wěn)定性。

圖8 (Ni,Co)Se2/NCF的計(jì)時(shí)電位曲線Fig.8 Time?potential curves of(Ni,Co)Se2/NCF

進(jìn)一步評(píng)價(jià)了在酸性介質(zhì)中(Ni，Co)Se2/NCF和NiCo2O4/NCF的析氫性能。由圖9a中的LSV曲線中可以看到，(Ni，Co)Se2/NCF在 10 mA·cm-2電流密度下所需過(guò)電位為95.5 mV，比NiCo2O4/NCF的過(guò)電位值(192.4 mV)更小，說(shuō)明了(Ni，Co)Se2/NCF在酸性溶液中具有優(yōu)異的析氫性能。而在100 mA·cm-2電流密度下，(Ni，Co)Se2/NCF的過(guò)電位為213.1 mV，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于NiCo2O4/NCF的390.3 mV。此外，根據(jù)LSV曲線擬合得到(Ni，Co)Se2/NCF和NiCo2O4/NCF相應(yīng)的Tafel曲線，如圖9b所示，(Ni，Co)Se2/NCF的Tafel斜率為 115.2 mV·dec-1，小于 NiCo2O4/NCF 的 151.1 mV·dec-1，表明(Ni，Co)Se2/NCF在酸性環(huán)境中良好的析氫反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。因此我們推測(cè)在材料中同時(shí)形成的Ni—Co和Co—Se鍵可以增強(qiáng)其內(nèi)在催化活性[15,22]。利用Tafel斜率外推法估算酸性條件下NiCo2O4/NCF和(Ni，Co)Se2/NCF的交換電流密度分別為0.62和1.4 mA·cm-2，表明(Ni，Co)Se2/NCF具有較快的電子轉(zhuǎn)移速率和較高的本征催化活性。

圖9 樣品在0.5 mol·L-1H2SO4中的電催化析氫測(cè)試：(a)LSV曲線;(b)相對(duì)應(yīng)的Tafel曲線;(c)EIS曲線和等效電路圖(插圖);(d)經(jīng)過(guò)2 000次CV前后的LSV曲線Fig.9 Electrocatalytic hydrogen evolution test of the samples in 0.5 mol·L-1H2SO4：(a)LSV polarization curves;(b)corresponding Tafel curves;(c)EIS curves and equivalent circuit diagram(Inset);(d)LSV curves before and after 2 000 CV cycles

為了更深入地分析材料在酸性溶液中的析氫動(dòng)力學(xué)，進(jìn)行了EIS測(cè)試。(Ni，Co)Se2/NCF和NiCo2O4/NCF電催化劑的Nyquist曲線如圖9c所示。與NiCo2O4/NCF(Rct=6.1 Ω)相比，(Ni，Co)Se2/NCF的曲線半圓直徑更小(Rct=1.4 Ω)，根據(jù)高頻區(qū)半圓的直徑與電荷轉(zhuǎn)移電阻成負(fù)相關(guān)，可知(Ni，Co)Se2/NCF具有更小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，因而表現(xiàn)出良好的電催化析氫活性[24]。除了研究材料的電催化活性，還考察了催化劑材料在酸性介質(zhì)中的穩(wěn)定性。圖9d為2 000次CV前后的LSV曲線，可以看到，在經(jīng)過(guò)2 000次CV測(cè)試以后，所得到的LSV曲線與初始的LSV曲線基本重合，這表明(Ni，Co)Se2/NCF在酸性介質(zhì)中具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。催化劑在2 000次CV測(cè)試后的SEM圖如圖10所示，該圖表明催化劑具有纖維狀結(jié)構(gòu)，纖維表面比較粗糙，與催化反應(yīng)前的結(jié)構(gòu)(圖2)類似，說(shuō)明(Ni，Co)Se2/NCF具有較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

圖10 2 000次CV循環(huán)后(Ni,Co)Se2/NCF的SEM圖Fig.10 SEM images of(Ni,Co)Se2/NCF after 2 000 CV cycles

3 結(jié)論

基于靜電紡絲方法制備了含有鎳鈷雙金屬前驅(qū)體的納米纖維薄膜，經(jīng)過(guò)煅燒處理及硒化的方式合成了負(fù)載鎳鈷硒化物的納米碳纖維。電催化性能測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，0.2 g硒粉硒化后得到的(Ni，Co)Se2/NCF表現(xiàn)出最優(yōu)的電催化析氫性能，在酸性和堿性溶液中，僅需要95.5和102.3 mV的過(guò)電位就能達(dá)到10 mA·cm-2的電流密度，同時(shí)表現(xiàn)出良好的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。這是因?yàn)?Ni，Co)Se2納米顆粒錨定于碳纖維中，可以有效地防止顆粒的聚集，從而暴露更多的活性位點(diǎn)；同時(shí)，將 NiCo2O4硒化為(Ni，Co)Se2后，雙金屬間的協(xié)同作用可以有效地提高材料本身的導(dǎo)電性。