本发明专利技术为一种析氧反应FeOOH/Co(OH)2复合电催化剂的制备方法。该方法采用硝酸钴及硝酸铁为原料制成沉积电解液，利用恒压电位分层沉积，沉积原理为硝酸根阴极还原为氢氧根离子，在基底表面与过渡金属离子形成氢氧化物沉淀，并在硝酸盐电解液中加入L‑丙氨酸，其两性离子端基和过渡金属盐溶液中阴阳离子间的静电作用可以有效在电沉积过程中在基底碳纤维上形成纳米颗粒生长。本发明专利技术制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂具有较高的电催化性能及电化学稳定性，可以作为析氧反应电催化材料用于金属空气电池和清洁能源的开发等领域。
【技术实现步骤摘要】
一种析氧反应FeOOH/Co(OH)2复合电催化剂的制备方法
本专利技术属于新型功能材料
，更加具体地说，是一种利用分步电化学沉积技术在碳纤维纸上原位分层生长FeOOH复合Co(OH)2作为析氧反应电催化剂的制备和应用。
技术介绍
目前的析氧反应电催化材料都是以贵金属氧化物如二氧化铱(IrO2)或二氧化钌(RuO2)为主，虽然它们具有较高的催化性能，但是价格昂贵、资源稀少、合成成本较高，且在催化过程中的稳定性较差，容易在酸性或碱性反应条件下溶解。因此，非贵金属的氧化物，特别是过渡金属氧化物作为析氧反应电催化剂的开发和应用引起了科研工作者的广泛关注和研究。Co(OH)2(氢氧化钴)是一种非常有应用潜力的电催化材料，具有制备温度较低(常温)、不需要烧结、节能环保、催化性能良好、结构稳定等众多优点，在作为电极材料、超级电容、双功能氧催化剂等领域具有广阔的应用前景。目前一般采用化学沉淀法及水热法合成Co(OH)2，但是这些方法得到的Co(OH)2尺寸较大，较大的颗粒尺度对其作为析氧反应电催化剂的应用有较大限制。人们为了增加Co(OH)2的分散性，一般利用水热原位生长将其负载在导电性良好的碳基材料如碳纤维纸或碳纤维布上，虽然该方法确实能够增加Co(OH)2的分散性和提高其催化性能，但是一般工艺步骤繁琐且时间较长，如需要通过水热合成，并且碳基基底材料在水热过程中容易被腐蚀从而影响催化剂的稳定性。此外，单相的Co(OH)2电催化析氧反应活性较差，因此，如何通过简便易行的方法来进一步提高Co(OH)2的催化性能，具有非常重要的研究意义和应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对纯相Co(OH)2的析氧反应电催化性能较差，传统制备方法分散性差等问题，提供了一种简便可行制备羟基氧化铁/氢氧化钴复合析氧反应电催化剂的制备方法，大大提高了其催化性能。该方法采用硝酸钴及硝酸铁为原料制成沉积电解液，利用恒压电位分层沉积，沉积原理为硝酸根阴极还原为氢氧根离子，在基底表面与过渡金属离子形成氢氧化物沉淀，并在硝酸盐电解液中加入L-丙氨酸，其两性离子端基和过渡金属盐溶液中阴阳离子间的静电作用可以有效在电沉积过程中在基底碳纤维上形成纳米颗粒生长。利用这种方法在碳纤维纸(CP)上分层沉积制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂具有较高的电催化性能及电化学稳定性，可以作为析氧反应电催化材料用于金属空气电池和清洁能源的开发等领域。本专利技术的技术方案为：一种析氧反应FeOOH/Co(OH)2复合电催化剂的制备方法，包括以下步骤：步骤1：配置浓度为0.1-0.2mol/L的硝酸钴溶液；步骤2：将碳纤维纸在1mol/L氢氧化钾溶液中浸泡，水浴60℃加热2-3h，然后分别在无水乙醇和去离子水中各超声30-40min，取出后烘干；步骤3：将步骤2中得到的碳纤维纸作为工作电极，镀铂钛网作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，步骤1中得到的硝酸钴溶液作为第一电解液，进行循环恒电压沉积，每个循环沉积为两步沉积，第一步沉积电压为-1.1V，沉积时间为100s,第二步沉积电压为-0.5V，沉积时间为30s；循环沉积的圈数为1-5圈；步骤4：将硝酸铁及L-丙氨酸加入到去离子水中，溶解后作为第二电解液；所述的第二电解液中L-丙氨酸的浓度为0.05mol/L；硝酸铁的浓度为0.1-0.2mol/L；步骤5：将步骤3中得到的沉积产物作为工作电极，镀铂钛网作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，步骤4中的第二电解液作为本步骤中的电解液，进行恒电压沉积；沉积电压为-1.2V，沉积时间为100-400s；步骤6：将步骤5得到的产品清洗后烘干，制得析氧反应FeOOH/Co(OH)2复合电催化剂。本专利技术的实质性特点为：本专利技术采用硝酸钴及硝酸铁为原料制成沉积电解液，利用恒压电位分层沉积，沉积原理为硝酸根阴极还原为氢氧根离子，在基底表面与过渡金属离子形成氢氧化物沉淀。由于在沉积电解液中加入L-丙氨酸，其两性离子端基和过渡金属盐溶液中阴阳离子间的静电作用可以有效在电沉积过程中在基底碳纤维上形成纳米颗粒生长，分层沉积制备的FeOOH/Co(OH)2催化剂具有较高的电催化性能及电化学稳定性。本专利技术的有益效果为：本专利技术提出的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂制备方法简单、操作方便，提高了实验过程中的安全性。采用本专利技术方法制备的FeOOH与Co(OH)2纳米片复合催化剂，大大提升了电催化性能，并且具有良好的电催化水氧化性能。本专利技术主要利用FeOOH与Co(OH)2纳米片之间的相互作用提升电催化性能，并且该方法得到的产物作为析氧反应电催化剂比RuO2贵金属催化剂具有更好的催化性能，为提升非贵金属催化剂性能提供了参考。制备的复合催化剂的过电位为252mV，相比于常见贵金属催化剂二氧化钌具有更低的过电位，相比于纯相Co(OH)2及FeOOH均有大幅性能提升，电化学交流阻抗明显降低，塔菲尔斜率也明显降低，复合催化剂的活性和稳定性明显提升。附图说明图1是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈时制备的Co(OH)2，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH的X射线衍射图。图2是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈时制备的Co(OH)2催化剂的扫描电镜图。图3是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂的断层元素分布扫描图。图4是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂的扫描电镜图。图5是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂的X射线光电子能谱图。图6是实施例1-5中硝酸钴溶液中不同沉积圈数，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂的析氧反应极化曲线对比图。图7是实施例6-9中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积不同时间制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂的析氧反应极化曲线对比图。图8是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂与商用钌黑催化剂的析氧反应极化曲线对比图。图9是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂及其它催化剂的析氧反应极化曲线对比图。图10是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂及其它催化剂的塔菲尔斜率对比图。图11是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂及其它催化剂的电化学交流阻抗对比图。图12是实施例7中硝酸钴溶液中沉积3圈，硝酸铁和L-丙氨酸混合溶液中沉积200s时制备的FeOOH/Co(OH)2复合催化剂与商用钌黑催化剂的电化学稳定性测试结果图。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。在硝酸钴电解液中沉积不同圈数制备FeOOH/Co(OH)2复合催化剂。实施本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种析氧反应FeOOH/Co(OH)2复合电催化剂的制备方法，其特征为包括以下步骤：步骤1：配置浓度为0.1‑0.2mol/L的硝酸钴溶液；步骤2：将碳纤维纸在1mol/L氢氧化钾溶液中浸泡，水浴60℃加热2‑3h，然后分别在无水乙醇和去离子水中各超声30‑40min，取出后烘干；步骤3：将步骤2中得到的碳纤维纸作为工作电极，镀铂钛网作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，步骤1中得到的硝酸钴溶液作为第一电解液，进行循环恒电压沉积，每个循环沉积为两步沉积，第一步沉积电压为‑1.1V，沉积时间为100s,第二步沉积电压为‑0.5V，沉积时间为30s；循环沉积的圈数为1‑5圈；步骤4：将硝酸铁及L‑丙氨酸加入到去离子水中，溶解后作为第二电解液；所述的第二电解液中L‑丙氨酸的浓度为0.05mol/L；硝酸铁的浓度为0.1‑0.2mol/L；步骤5：将步骤3中得到的沉积产物作为工作电极，镀铂钛网作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，步骤4中的第二电解液作为本步骤中的电解液，进行恒电压沉积；沉积电压为‑1.2V，沉积时间为100‑400s；步骤6：将步骤5得到的产品清洗后烘干，制得析氧反应FeOOH/Co(OH)2复合电催化剂。...
【技术特征摘要】
1.一种析氧反应FeOOH/Co(OH)2复合电催化剂的制备方法，其特征为包括以下步骤：步骤1：配置浓度为0.1-0.2mol/L的硝酸钴溶液；步骤2：将碳纤维纸在1mol/L氢氧化钾溶液中浸泡，水浴60℃加热2-3h，然后分别在无水乙醇和去离子水中各超声30-40min，取出后烘干；步骤3：将步骤2中得到的碳纤维纸作为工作电极，镀铂钛网作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，步骤1中得到的硝酸钴溶液作为第一电解液，进行循环恒电压沉积，每个循环沉积为两步沉积，第一步沉积电压为-1.1V，沉积时间为100s,第二步沉...
【专利技术属性】
技术研发人员：张兴华，冀雪峰，臧泽毫，李兰兰，卢遵铭，刘辉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。