一种基于油包水反相微乳法制备镍钴氧化物催化剂的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于油包水反相微乳法制备镍钴氧化物催化剂的制备及应用，包括 NiCo

【技术实现步骤摘要】
一种基于油包水反相微乳法制备镍钴氧化物催化剂的制备及应用
本专利技术属于材料、能源
，具体涉及一种基于油包水反相微乳法制备镍钴氧化物催化剂的制备及应用。
技术介绍
燃料电池由于副产物少，被广泛应用于生产和生活中。但是动力学缓慢的阴极氧还原反应限制燃料电池的高效应用。氧还原的反应可以通过两个过程进行能量交换：(1)两电子传输，中间产物是过氧化氢；(2)四电子传输，无中间产物，最终产物为水。第二种途径能量转化更高，反应更高效，是人们想要达到的。铂催化剂性能优异，但价格昂贵限制了其在催化上的大量应用。所以开发高活性的非贵金属催化剂材料是现在人们研究的重点。尖晶石类氧化物是一种具有独特物理性质和化学性质的新型无机金属材料，A为二价阳离子，如Mg2+，Fe2+，Co2+，Ni2+，Mn2+，Zn2+，Cd2+等；B为三价阳离子，如Al3+，Fe3+，Co3+，Cr3+，Ga3+等。结构中O2-离子作立方紧密堆积，其中A离子填充在四面体空隙中，B离子在八面体空隙中，即A2+离子为4配位，而B3+为6配位。A与B元素比例为1：2。由于尖晶石氧化物具有独特的晶体结构，可被利用在固体燃料电池、固体电解质、传感器、高温加热材料等诸多领域，成为化学、物理和材料等领域的研究热点。尖晶石结构的NiCo2O4由于具有丰富的氧气吸附活性位点，因此具有较为优良的电化学活性。通过不同的制备方法可以得到纳米管、纳米片、纳米棒、花状和海胆状等不同形貌的NiCo2O4材料，从而产生电催化性能的差别。而其中具有海胆状结构的NiCo2O4由于其的特殊形貌，则有着较大的比表面积，更有利于电子的传导，氧气吸附及扩散，作为氧还原反应(ORR)催化剂更吸引人关注。目前大部分制备NiCo2O4材料的方法是采用共沉淀法，但共沉淀法大多数情况会造成沉淀剂的多余浪费，并且产率较低，颗粒大小不均匀或者发生团聚进而会影响催化性能。因此，现有技术中对于海胆状NiCo2O4纳米级材料生产效率较低的问题，尚缺乏有效的技术方案。
技术实现思路
为了克服上述不足，本专利技术的第一个目的是提供一种采用油包水反相微乳制备可催化氧还原的海胆状镍钴尖晶石氧化物的制备方法，通过该制备方法得到的海胆状NiCo2O4材料的产率较高。本专利技术采用的技术方案如下所述：一种基于油包水反相微乳法制备海胆状NiCo2O4材料的方法，包括以下步骤：(1)NiCo2O4前驱体的配制：配制A溶液，所述A溶液包括油相、双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)、助表面活性剂、镍盐和钴盐；在搅拌条件下滴加水直至A溶液澄清透明；配制B溶液，所述B溶液包括油相、双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)和助表面活性剂，加入氨水调节B溶液至设定pH；将B溶液搅拌至透明；将A溶液和B溶液搅拌混合均匀，加入氨水控制pH不变形成反相微乳液，再进行加热，冷却后分离、干燥得到NiCo2O4前驱体；(2)NiCo2O4材料的制备：将NiCo2O4前驱体进行焙烧，得到海胆状NiCo2O4材料。步骤(1)中，所述油相为环己烷、正己烷、正辛烷或其他烷烃类。所述双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)为表面活性剂，浓度为2mM/L～10mM/L。所述助表面活性剂为正丁醇、正己醇、正戊醇或其他醇类。所述镍盐包括卤化镍(例如氯化镍)、硫酸镍、硝酸镍或其他镍盐。所述钴盐包括卤化钴(例如氯化钴)、硫酸钴、硝酸钴或其他钴盐。所述pH范围为9～10。所述加热温度为60～120℃，时间为3～24h。所述干燥为真空冷冻干燥，干燥时间为4～15h。步骤(2)中，所述焙烧是在空气条件下，温度是200～700℃，时间是1～5h，焙烧升温速率为1～20℃/min。本专利技术的第二个目的是提供一种采用上述方法制备得到的具有海胆状纳米结构的NiCo2O4材料。本专利技术的第三个目的是提供一种上述海胆状纳米结构的NiCo2O4材料在制备氧还原反应催化剂的用途。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：1.与现有技术相比，本专利技术方法简单，快速、成本低，可控制温度或培烧时间等。2.原料便宜易得，采用反相微乳法加热合成再焙烧合成的催化剂展现出良好的ORR催化活性和反应稳定性能。同时对环境无污染，具有重要的经济价值和社会意义。3.本专利技术制备方法简单、催化效率高、实用性强，易于推广。4.相比共沉淀法制备的NiCo2O4，颗粒尺寸更均匀；并且采用等量盐所做材料NiCo2O4，该方法制备的NiCo2O4产率较高，为共沉淀法的2～3倍，且做氧还原测试的起始电位稍大，且极限电流稍大，并且可以较早的到达极限电流平台。附图说明图1为实施例1所得的材料NiCo2O4的X射线衍射(XRD)图像。图2和图3为实施例1所得的材料NiCo2O4的扫描透射电镜(SEM)图像。图4为实施例1所得的材料NiCo2O4与SuperP混合物在充氧的0.1mol/LKOH溶液下以旋转盘电极为基底的不同转速下线性扫描曲线。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作和/或它们的组合。术语解释：氧还原反应(OxygenReductionReaction,ORR)几乎是所有燃料电池、金属-空气电池的首选阴极反应，也是许多金属腐蚀过程中的主要反应。正如
技术介绍
所介绍的，采用现有技术的制备方法得到的海胆状NiCo2O4材料具有产率低等技术问题，为解决如上的技术问题，本专利技术提出了一种基于油包水反相微乳法制备海胆状NiCo2O4材料的方法。反相微乳法通常是利用两种互不相溶的溶剂如油类，在表面活性剂、助表面活性剂的作用下在宏观上形成均一但微观上不均匀的、各向同性的、透明的、具有纳米尺度应微区的液-液均相热力学稳定体系。其中反应物水溶液为分散相，表面活性剂为乳化剂，不溶于水的非极性物质为分散介质，形成水包油(O/W)或油包水型(W/O)的微乳液。而且通过调节微乳化的表面活性剂、反应物浓度以及微乳液的组成来控制目标产物的成核、生长，以获得各种尺寸的单分散的纳米颗粒。具体技术方案如下：一种基于油包水反相微乳法制备海胆状NiCo2O4材料的方法，包括以下步骤：第一步骤：NiCo2O4前驱体的配制：配制A溶液，所述A溶液包括油相、双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)、助表面活性剂、镍盐和钴盐；在搅拌条件下滴加水直至A溶液澄清透明；配制B溶液，所述B溶液包括油相、双十二烷基二甲基溴化铵(DDAB)和助表面活性剂，加入氨水调节B溶液至设定pH；将B溶液搅拌至透明；将A溶液和B溶液搅拌混合均匀，加入氨水控制pH不变形成反相微乳液，再进行加热，冷却后分离、干燥得到NiCo2O4前驱体；在第一步骤中，为了能够制备得到理想形貌的海胆状NiCo2O4纳米材料，选择合适的表面活性剂非常重要，本专利技术根据两个方面选取表面活性剂，一方面，在配制微乳液时，为了形成理想效果的油包水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于油包水反相微乳法制备NiCo

【技术特征摘要】
1.一种基于油包水反相微乳法制备NiCo2O4材料的方法，其特征是，包括以下步骤：（1）NiCo2O4前驱体的配制：配制A溶液，所述A溶液包括油相、双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB）、助表面活性剂、镍盐和钴盐；在搅拌条件下滴加水直至A溶液澄清透明；配制B溶液，所述B溶液包括油相、双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB）和助表面活性剂，加入氨水调节B溶液至设定pH；将B溶液搅拌至透明；将A溶液和B溶液搅拌混合均匀，加入氨水控制pH不变形成反相微乳液，再进行加热，冷却后分离、干燥得到NiCo2O4前驱体；（2）NiCo2O4材料的制备：将NiCo2O4前驱体进行焙烧，得到海胆状NiCo2O4材料。2.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）中，所述油相为环己烷、正己烷、正辛烷或其他烷烃类。3.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）中，所述助表面活性剂为正丁醇、正己醇、正戊醇或其他醇类。4.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）中，所述镍盐包括卤化镍、硫酸镍、硝酸镍或其他镍盐；所述钴盐包括卤化钴、硫酸钴、硝酸钴或其他钴盐。5.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）中，所述pH范围为9~10。6.如权利要求1所述的方法，其特征是，步骤（1）中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宗花，于婧，张立学，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：山东,37