一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术属于电催化技术领域，公开了一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂及其制备方法。所述制备方法为：将氢氧化钠和聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙二醇中得到混合溶液，再加入六水硝酸钴、一水醋酸铜和九水硝酸铁混合溶解均匀，得到前驱体溶液，然后将所得前驱体溶液加热至120～180℃下反应3～6h，反应完成后冷却至室温，离心，固体产物经洗涤、干燥，得到产物。本发明专利技术采用多元醇辅助还原法制备非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂，该法制备工艺简单，原料易得，具有成本低、绿色环保等优点；可为电解水制氢过程阳极析氧反应中高性能催化剂的合成提供一定的指导。

A non noble metal CoxCuyFezOH nano sphere electrocatalyst and its preparation method

The invention belongs to the field of electrocatalysis, and discloses a non precious metal CoxCuyFezOH nano spherical electric catalyst and a preparation method. The preparation method is as follows: the sodium hydroxide and polyvinylpyrrolidone dissolved in ethylene glycol mixed solution, then add six water water cobalt nitrate, copper acetate and nine water dissolved iron nitrate mixed evenly, obtained precursor solution, then the precursor solution is heated to 120 DEG C for 3 ~ ~ 180 6h, after the completion of the reaction was cooled to room temperature and the solid product by centrifugation, washing and drying to obtain the product. The invention adopts polyol assisted reduction preparation of non noble metal CoxCuyFezOH nanoparticles electrocatalysts, the preparation process is simple, easy to get raw materials, has the advantages of low cost, green environmental protection; high performance catalyst for anodic oxygen evolution reaction of water electrolysis in the process of synthesis provide certain guidance.

【技术实现步骤摘要】
一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂及其制备方法
本专利技术属于电催化
，具体涉及一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂及其制备方法。
技术介绍
电催化氧还原反应(ORR)和析氧反应(OER)在可再生能源转化和储存技术方面发挥关键作用，包括燃料电池和金属空气电池等。然而，OER缓慢的动力学限制了这些应用，即使在比较高活性的含贵金属催化剂的促进下也是如此。OER是许多储能选择的重要过程，例如可再生金属空气电池，电力驱动的水分解和太阳能燃料生产过程等。这就要求有相当大的过电势来弥补缓慢的动力学缺陷。目前，Ru和Ir的纳米粒子被认为是最有效的OER电催化剂。然而，它们的高成本和低存储量成为了大规模应用生产的巨大障碍。近年来，已经研究了各种非贵金属催化剂，例如过渡金属有机大环化合物，氮化物，氧化物，碳化物和杂原子掺杂的碳质材料等。然而，以sp2方式结合的碳材料在电化学条件下容易氧化，以及反应过程可能存在过氧化氢等。另外，这些催化剂的合成过程大多操作非常复杂并且耗时长，制造成本高。更重要的是，有些合成方法难以对有机-无机杂化前体的形状，结构和尺寸进行精确控制，导致热解产物的活性催化位点不足和不均匀地暴露等。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂的制备方法。本专利技术的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂的制备方法，包括如下制备步骤：将氢氧化钠和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解于乙二醇中得到混合溶液，再加入六水硝酸钴、一水醋酸铜和九水硝酸铁混合溶解均匀，得到前驱体溶液，然后将所得前驱体溶液加热至120～180℃下反应3～6h，反应完成后冷却至室温，离心，固体产物经洗涤、干燥，得到所述非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。优选地，所述氢氧化钠与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入的质量比为1:2～1:4。优选地，所述混合溶液中氢氧化钠的浓度为0.2～0.4mol/L。优选地，所述前驱体溶液中六水硝酸钴的浓度为0.02～0.04mol/L，一水醋酸铜的浓度为0.01～0.03mol/L，九水硝酸铁的浓度为0.01～0.03mol/L。优选地，所述的洗涤是指用去离子水洗涤3次，所述的干燥是指在60～80℃真空干燥12～18h。一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂，通过上述方法制备得到。本专利技术的原理为：采用多元醇辅助还原法，以六水硝酸钴、一水醋酸铜以及九水硝酸铁作为前体物，乙二醇作为溶剂和还原剂，氢氧化钠和聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为催化剂合成的结构导向剂，通过多元醇的辅助还原反应，合成出具备特定结构，高催化活性的CoxCuyFezOH纳米球。本专利技术的制备方法及所得到的产物具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术采用多元醇辅助还原法制备非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂，该法制备工艺简单，原料易得，具有成本低、绿色环保等优点；可为电解水制氢过程阳极析氧反应中高性能催化剂的合成提供一定的指导。(2)本专利技术制备的非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂均呈均一球状且尺寸一致。附图说明图1和图2是本专利技术实施例3所得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂在不同放大倍数下的透射电镜(TEM)图。图3是本专利技术实施例3所得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂的XRD图。图4是本专利技术实施例3所得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂在0.5MKOH溶液中扫描速率10mV/s下的LSV曲线，其中RuO2是标准比较样品。具体实施方式下面结合实施例及附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1(1)称取30mmol氢氧化钠，2.4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在150ml乙二醇溶液中得到混合溶液，再称取3mmol六水硝酸钴，1.5mmol一水醋酸铜，1.5mmol九水合硝酸铁溶解在上述混合溶液中得到前驱体溶液，并搅拌至溶液澄清；(2)将步骤(1)所得溶液转移至油浴锅中，在120℃下反应6小时，冷却至室温；(3)将反应后得到的产物经过离心、去离子水洗涤3次后，60℃真空干燥18h，即得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。实施例2(1)称取30mmol氢氧化钠，4.8g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在150ml乙二醇溶液中得到混合溶液，再称取6mmol六水硝酸钴，4.5mmol一水醋酸铜，4.5mmol九水合硝酸铁溶解在上述混合溶液中得到前驱体溶液，并搅拌至溶液澄清；(2)将步骤(1)所得溶液转移至油浴锅中，在180℃下反应3小时，冷却至室温；(3)将反应后得到的产物经过离心、去离子水洗涤3次后，80℃真空干燥12h，即得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。实施例3(1)称取30mmol氢氧化钠，2.4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在120ml乙二醇溶液中得到混合溶液，再称取4mmol六水硝酸钴，2mmol一水醋酸铜，2mmol九水合硝酸铁溶解在上述混合溶液中得到前驱体溶液，并搅拌至溶液澄清；(2)将步骤(1)所得溶液转移至油浴锅中，在180℃下反应3小时，冷却至室温；(3)将反应后得到的产物经过离心、去离子水洗涤3次后，80℃真空干燥12h，即得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。本实施例所得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂在不同放大倍数下的透射电镜(TEM)图分别如图1和图2所示。由图1和图2可以看出，本专利技术制备的非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂均呈均一球状且尺寸一致。本实施例所得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂的XRD图如图3所示。其在0.5MKOH溶液中扫描速率10mV/s下的LSV曲线如图4所示，其中RuO2是标准比较样品。实施例4(1)称取40mmol氢氧化钠，3.2g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在140ml乙二醇溶液中得到混合溶液，再称取4mmol六水硝酸钴，2mmol一水醋酸铜，2mmol九水合硝酸铁溶解在上述混合溶液中得到前驱体溶液，并搅拌至溶液澄清；(2)将步骤(1)所得溶液转移至油浴锅中，在150℃下反应5小时，冷却至室温；(3)将反应后得到的产物经过离心、去离子水洗涤3次后，70℃真空干燥15h，即得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。实施例5(1)称取30mmol氢氧化钠，3.6g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在140ml乙二醇溶液中得到混合溶液，再称取5mmol六水硝酸钴，3mmol一水醋酸铜，3mmol九水合硝酸铁溶解在上述混合溶液中得到前驱体溶液，并搅拌至溶液澄清；(2)将步骤(1)所得溶液转移至油浴锅中，在150℃下反应5小时，冷却至室温；(3)将反应后得到的产物经过离心、去离子水洗涤3次后，60℃真空干燥18h，即得非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。实施例6(1)称取50mmol氢氧化钠，4g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶解在160ml乙二醇溶液中得到混合溶液，再称取5mmol六水硝酸钴，3mmol一水醋酸铜，3mmol九水合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：将氢氧化钠和聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙二醇中得到混合溶液，再加入六水硝酸钴、一水醋酸铜和九水硝酸铁混合溶解均匀，得到前驱体溶液，然后将所得前驱体溶液加热至120～180℃下反应3～6h，反应完成后冷却至室温，离心，固体产物经洗涤、干燥，得到所述非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂的制备方法，其特征在于包括如下制备步骤：将氢氧化钠和聚乙烯吡咯烷酮溶解于乙二醇中得到混合溶液，再加入六水硝酸钴、一水醋酸铜和九水硝酸铁混合溶解均匀，得到前驱体溶液，然后将所得前驱体溶液加热至120～180℃下反应3～6h，反应完成后冷却至室温，离心，固体产物经洗涤、干燥，得到所述非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂。2.根据权利要求1所述的一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂的制备方法，其特征在于：所述氢氧化钠与聚乙烯吡咯烷酮加入的质量比为1:2～1:4。3.根据权利要求1或2所述的一种非贵金属CoxCuyFezOH纳米球电催化剂的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：申益，周咏芳，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44