一种泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法技术

技术编号:20119598 阅读:28 留言:0更新日期:2019-01-16 12:23
本发明专利技术提供了一种泡沫镍‑镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法,首先提供含有镍盐、亚铁盐和尿素的混合水溶液;所述混合水溶液中,镍盐的浓度为0.2mol/L,亚铁盐的浓度为0.035~0.065mol/L,尿素的浓度为1mol/L;然后将所得到的混合水溶液与泡沫镍进行水热反应,在泡沫镍上生长镍铁氢氧化物,得到复合析氧催化剂前驱体;再将所得到的复合析氧催化剂前驱体进行煅烧,得到泡沫镍‑镍铁氧化物复合析氧催化剂。实施例的结果表明,本发明专利技术制备的复合析氧催化剂在催化电解过程中达到10mA/cm

Preparation method of foam nickel iron oxide complex oxygen evolution catalyst

The invention provides a preparation method of a nickel foam nickel iron oxide composite oxygen evolution catalyst, and first provides a mixed aqueous solution containing nickel salt, ferrous salt and urea; in the mixed aqueous solution, the concentration of nickel salt is 0.2mol/L, the concentration of ferrous salt is 0.035 ~ 0.065mol/L, the concentration of urea is 1mol/L, and then the obtained mixed aqueous solution and the nickel foam are subjected to hydrothermal reaction. Ni Fe hydroxide was grown on the foam nickel to obtain the precursor of the composite oxygen evolution catalyst. Then the catalyst of the composite oxygen evolution catalyst was calcined to obtain the nickel foam nickel iron oxide complex oxygen evolution catalyst. The results of the embodiments show that the composite oxygen evolution catalyst prepared by the invention can reach 10 mA/cm in the process of catalytic electrolysis.

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法
本专利技术属于电催化材料
,尤其涉及一种泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法。
技术介绍
当前社会日益严峻的能源问题以及环境问题,使人们将目光聚焦在太阳能、风能、潮汐等绿色能源上,而电解水制氢气是储存这些能源的有效手段。其中,析氧半反应是决定电解水效率的控制步骤,因其动力学过程极其缓慢且需要较高的过电势,极大限制了整个电解水过程的效率。为此,对高催化活性、高稳定性、廉价易得的析氧催化剂的研究,是关系到可再生资源利用的核心。贵金属催化剂RuO2和IrO2价格较昂贵,限制了其在电解水制氧中的规模使用,而第一过渡金属Fe、Co、Ni等,具有天然的价格优势且储量相对丰富,在电解水领域具有广阔前景。但是过渡金属作为析氧催化剂使用时,受其电子传导率的限制,使得催化活性仍难以满足电解制氢催化剂的需求。虽然现有技术致力于提高析氧催化剂的活性,以此降低电解催化反应过程所须过电压,常采取对过渡金属氧化物进行掺杂的方法改善析氧催化剂的活性,但是现有技术制备的析氧催化剂的活性仍未得到明显提高;并且催化活性稳定性较差。
技术实现思路
有鉴于此,本专利技术提供了一种泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法,本专利技术制备的复合析氧催化剂在催化电解过程中活性和稳定性均得到明显提高。为了实现上述专利技术目的,本专利技术提供以下技术方案:本专利技术提供了一种泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤:(1)提供含有镍盐、亚铁盐和尿素的混合水溶液;所述混合水溶液中,镍盐的浓度为0.2mol/L,亚铁盐的浓度为0.035~0.065mol/L,尿素的浓度为1mol/L;(2)将所述步骤(1)得到的混合水溶液与泡沫镍进行水热反应,在泡沫镍上生长镍铁氢氧化物,得到复合析氧催化剂前驱体;(3)将所述步骤(2)得到的复合析氧催化剂前驱体进行煅烧,得到泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂。优选的,所述步骤(2)中泡沫镍为片状,所述泡沫镍的厚度为1.6mm;所述泡沫镍的大小和混合水溶液的体积比为2cm2:15mL;所述泡沫镍的面密度为350~375g/m2。优选的,所述步骤(2)中水热反应的温度为90~95℃,时间为30~32h。优选的,所述步骤(1)中镍盐包括硝酸镍和/或氯化镍,所述亚铁盐为硫酸亚铁铵。优选的,所述步骤(2)的水热反应前,还包括对所述泡沫镍进行预处理,具体为:将所述泡沫镍依次在盐酸溶液、醇剂和水中进行超声清洗;再对清洗后的泡沫镍进行干燥处理。优选的,在不同溶剂中的超声清洗时间独立地为15~20min。优选的,所述步骤(3)中煅烧的温度为300℃,时间为3~6h。优选的,所述步骤(3)煅烧前,还包括对所述复合析氧催化剂前驱体依次进行醇洗和水洗后,再将所述复合析氧催化剂前驱体在80℃条件下干燥4~6h。本专利技术提供一种泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法,首先提供含有镍盐、亚铁盐和尿素的混合水溶液;所述混合水溶液中,镍盐的浓度为0.2mol/L,亚铁盐的浓度为0.035~0.065mol/L,尿素的浓度为1mol/L;然后将所得到的混合水溶液与泡沫镍进行水热反应,在泡沫镍上生长镍铁氢氧化物,得到复合析氧催化剂前驱体;再将所到的复合析氧催化剂前驱体进行煅烧,得到泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂。本专利技术严格控制镍盐、亚铁盐和尿素的相对用量,控制混合水溶液中三者的浓度,使得在水热反应过程中镍铁氢氧化物在泡沫镍上合理生长,最终改变了镍铁氧化物的表面形貌,引起了微观结构的变化,促进了催化活性位点的形成,加剧了镍铁的协同作用。实施例的结果表明,本专利技术制备的复合析氧催化剂在催化电解过程中达到10mA/cm2,仅需要260mV的过电压;进行催化反应12h以后,仍保持良好的催化活性,过电压上升幅度仅为2%。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为实施例1所制备的镍铁氧化物在1mol/L的KOH线性伏安性能,及反应12h后测试到的线性伏安性能,以及前后两次塔菲尔斜率;图2为实施例2所制备的镍铁氧化物在1mol/L的KOH线性伏安性能;图3为实施例1和2所制备的镍铁氧化物的X射线衍射图谱。具体实施方式本专利技术提供了一种泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤:(1)提供含有镍盐、亚铁盐和尿素的混合水溶液;所述混合水溶液中,镍盐的浓度为0.2mol/L,亚铁盐的浓度为0.035~0.065mol/L,尿素的浓度为1mol/L;(2)将所述步骤(1)得到的混合水溶液与泡沫镍进行水热反应,在泡沫镍上生长镍铁氢氧化物,得到复合析氧催化剂前驱体;(3)将所述步骤(2)得到的复合析氧催化剂前驱体进行煅烧,得到泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂。在本专利技术中,如无特殊说明,本专利技术所用原料为本领域技术人员所熟知的市售商品。本专利技术提供含有镍盐、亚铁盐和尿素的混合水溶液。本专利技术所述混合水溶液中,镍盐的浓度为0.2mol/L;亚铁盐的浓度为0.035~0.065mol/L,优选为0.040~0.062mol/L,更优选为0.045~0.055mol/L;尿素的浓度为1mol/L。在本专利技术中,所述镍盐优选为硝酸镍和/或氯化镍;当所述镍盐为硝酸镍和氯化镍的混合镍盐时,本专利技术对混合镍盐中硝酸镍和氯化镍的质量比没有特殊要求,以任意比例均可。在本专利技术中,所述亚铁盐优选为硫酸亚铁铵。在本专利技术中,所述混合水溶液的制备优选包括将镍盐、亚铁盐和尿素溶解于水中,得到混合水溶液。本专利技术将所述混合水溶液与泡沫镍进行水热反应,在所述泡沫镍上生长镍铁氢氧化物,得到复合析氧催化剂前驱体。在本专利技术中,所述泡沫镍优选为片状,所述泡沫镍的厚度优选为1.6mm;所述泡沫镍的片状大小和混合水溶液的体积比为2cm2:15mL;所述泡沫镍的面密度优选为350~375g/m2。在水热反应前,本专利技术优选还包括对所述泡沫镍进行预处理,进一步优选为:将所述泡沫镍依次在盐酸溶液、醇剂和水中进行超声清洗,再对清洗后的泡沫镍进行干燥处理。在本专利技术中,所述盐酸溶液的浓度优选为1mol/L,所述醇剂优选为无水乙醇;在不同溶剂中的超声清洗时间独立地优选为15~20min,进一步优选为16~18.5min。本专利技术对所述超声清洗的具体实施方式没有特殊要求,采用本领域技术人员所熟知的即可。本专利技术经过所述超声清洗能够有效去除泡沫镍表面可能存在的有机物和氧化物等。超声清洗后,本专利技术优选对清洗后的泡沫镍进行干燥处理。在本专利技术中,所述干燥的方式优选为烘干,干燥的温度优选为60℃,干燥的时间优选为2~3h。本专利技术经过所述干燥能够充分去除在超声清洗过程中泡沫镍表面残留的试剂,为镍铁氢氧化物的生长提供清洁的基底。在本专利技术中,所述水热反应的温度优选为90~95℃,进一步优选为92.5~93℃;所述水热反应的时间优选为30~32h。本专利技术优选将所述混合水溶液和泡沫镍置于聚四氟乙烯反应釜中,再将所述聚四氟乙烯反应釜置于烘箱中进行水热反应。本专利技术在所述水热反应过程中,镍盐和亚铁盐在尿素存在的水环境中发生反应,以泡沫镍为基底生长出镍铁氢氧化物,即为复合析氧催化剂前驱体,用于后续煅烧形成泡沫镍-镍铁氧化物复合催化剂。本专利技术控制混合水溶液中镍盐、亚铁盐和尿素的含量,使得镍铁发挥本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泡沫镍‑镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤:(1)提供含有镍盐、亚铁盐和尿素的混合水溶液;所述混合水溶液中,镍盐的浓度为0.2mol/L,亚铁盐的浓度为0.035~0.065mol/L,尿素的浓度为1mol/L;(2)将所述步骤(1)得到的混合水溶液与泡沫镍进行水热反应,在泡沫镍上生长镍铁氢氧化物,得到复合析氧催化剂前驱体;(3)将所述步骤(2)得到的复合析氧催化剂前驱体进行煅烧,得到泡沫镍‑镍铁氧化物复合析氧催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤:(1)提供含有镍盐、亚铁盐和尿素的混合水溶液;所述混合水溶液中,镍盐的浓度为0.2mol/L,亚铁盐的浓度为0.035~0.065mol/L,尿素的浓度为1mol/L;(2)将所述步骤(1)得到的混合水溶液与泡沫镍进行水热反应,在泡沫镍上生长镍铁氢氧化物,得到复合析氧催化剂前驱体;(3)将所述步骤(2)得到的复合析氧催化剂前驱体进行煅烧,得到泡沫镍-镍铁氧化物复合析氧催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中泡沫镍为片状,所述泡沫镍的厚度为1.6mm;所述泡沫镍的片状大小和混合水溶液的体积比为2cm2:15mL;所述泡沫镍的面密度为350~375g/m2。3.根据权利要求1或2所述的制备方法,其特征在于,所述步骤(2)中水热反应...

【专利技术属性】
技术研发人员:刘天府李博冯琴江凤
申请(专利权)人:北京理工大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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