银纳米线/水滑石复合电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了银纳米线/水滑石复合电催化剂及其制备方法，制备方法包括：步骤A、将银纳米线溶液、表面生长调节剂分散到混合过渡金属盐溶液；步骤B、将混合碱溶液滴加到上述溶液中，控制溶液pH为8.8‑10.0，并于室温下晶化，再经干燥处理得到银纳米线/水滑石复合电催化剂。本发明专利技术所用的Ag基催化剂在贵金属中的价格是相对低廉的，同时在碱性条件下有很高的耐碱性，因此适合作为氧析出催化剂应用在强碱条件下的氯碱工业中；同时本发明专利技术通过控制水滑石在具有高表面积的银纳米线表面垂直生长，提高了单位质量银线表面水滑石的量，利用Ag的导电性和水滑石提供的扩散通道，从而提高了催化效率，并且本发明专利技术合成工艺简单可控。

Silver nanowires / hydrotalcite composite electrocatalysts and their preparation methods

【技术实现步骤摘要】
银纳米线/水滑石复合电催化剂及其制备方法
本专利技术涉及电催化剂领域，尤其涉及一种银纳米线/水滑石复合电催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着气候的不断恶化和化石资源的持续消耗，探索与发展新型清洁能源已成为当今社会重要的科学话题。能源转换与贮存过程中的氧电极反应，如氧析出反应(OER)，是制约电解水技术发展的瓶颈之一，为此人们不断探求着高效的氧析出反应催化材料。电催化过程主要发生在电催化剂的表面。因此，在催化剂设计中，针对电催化剂的表面设计与调控至关重要。一直以来，为了降低OER电极的过电位、提高析氧电化学反应活性、降低能耗，许多科技研究工作者围绕析氧机理，开发了许多新的贵金属析氧电极材料，但是，实际应用中，需消耗大量的贵金属（氧化物，如氧化钇，氧化钌等）来完成氧析出反应，这些贵金属催化剂价格昂贵，稳定性差。目前，Pt基催化剂是常用的氢析出电催化剂，但是Pt的高价格以及低储量严重阻碍了Pt基催化剂的商业化应用。因此，现有技术还有待于改进和发展。
技术实现思路
鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种银纳米线/水滑石复合电催化剂及其制备方法，旨在解决现有的电催化剂需要消耗大量贵金属、成本高、无法大规模商业化应用的问题。本专利技术的技术方案如下：银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，包括：步骤A、将银纳米线溶液、表面生长调节剂分散到混合过渡金属盐溶液中；步骤B、将混合碱溶液加入到上述溶液中，控制溶液pH为8.8-10.0，并于室温下晶化，再经干燥处理得到银纳米线/水滑石复合电催化剂。所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其中，所述步骤A中，所述表面生长调节剂为NH4F、PVP和CTAB中的一种或多种。所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其中，所述步骤A中，混合过渡金属盐为Fe盐、Co盐、Ni盐、Cu盐、Zn盐、Al盐和Mn盐中的两种或者三种。所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其中，所述步骤A中，混合过渡金属盐与表面生长调节剂的摩尔比为1:2-4。所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其中，所述步骤A中，银纳米线的制备方法为：将表面活性剂分散在乙二醇中，再添加硝酸银、氯化铁的乙二醇溶液，然后在80-150℃下搅拌8-18h，再经分离处理，得到银纳米线。所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其中，所述硝酸银与所述表面活性剂的摩尔比为1-5:1。所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其中，所述步骤B中，所述混合碱溶液为NaOH与Na2CO3的混合溶液。所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其中，所述步骤B中，所述晶化的时间大于12h。一种银纳米线/水滑石复合电催化剂，由如上任一项所述的制备方法制成。有益效果：本专利技术提供了一种如上所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，制备出了三维的银纳米线/水滑石纳米阵列材料。本专利技术所用的Ag基催化剂在贵金属中的价格是相对低廉的，同时在碱性条件下有很高的耐碱性，因此适合作为氧析出催化剂应用在强碱条件下的氯碱工业中；同时本专利技术控制水滑石在具有高表面积的银纳米线表面垂直生长，提高了单位质量银线表面水滑石的量，利用Ag的导电性和水滑石提供的扩散通道，从而提高了催化效率，并且本专利技术合成工艺简单可控。附图说明图1a为本专利技术实施例1得到的银纳米线的扫描电镜图；图1b为本专利技术实施例1得到的银纳米线的另一扫描电镜图；图1c为本专利技术实施例1得到的银纳米线的透射电镜图；图2为本专利技术实施例2中镍铁水滑石浓度为0.0015M时，催化剂的场发射扫描电镜图；图3为本专利技术实施例6中镍铁水滑石浓度为0.0005M时，催化剂的场发射扫描电镜图；图4为本专利技术实施例6中镍铁水滑石浓度为0.0005M时，催化剂在1M的KOH溶液中的氧析出反应性能测试图。具体实施方式本专利技术提供了一种银纳米线/水滑石复合电催化剂及其制备方法，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法的较佳实施例，包括：步骤A、将银纳米线溶液、表面生长调节剂分散到混合过渡金属盐溶液中；步骤B、将混合碱溶液滴加到上述溶液中，控制溶液pH为8.8-10.0，并于室温下晶化，再经干燥处理得到银纳米线/水滑石复合电催化剂。本专利技术通过上述方法制备出了银纳米线/水滑石纳米阵列。银纳米线起到导电基底的作用，提高动力学离子/电子在电极运输，具有良好的导电性能，其表面有一层薄薄的表面生长调节剂，既有利于银纳米线的分散，又有利于片层状水滑石的生长，而片层状水滑石，其较高的表面积，为离子快速扩散提供了通道，但其导电性能较差，通过将两者结合组装，实现了优劣互补，从而展示出较好的OER性能。同时本专利技术所用的Ag基催化剂在贵金属中的价格是相对低廉的，且Ag在碱性条件下有很高的耐碱性，因此适合作为氧析出催化剂应用在强碱条件下的氯碱工业中，并且本专利技术合成工艺简单可控。具体地，所述步骤A为：首先将混合过渡金属盐加入到去离子水中，所述混合过渡金属盐为Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al和Mn中的两种或者三种过渡金属的盐混合。即所选水滑石方案可以是二元水滑石，也可以是三元水滑石，如NiFe-LDH、CoNiFe-LDH等，本专利技术优选Ni-Fe水滑石，混合过渡金属盐溶液总浓度为0.0003M-0.0015M，优选0.0005M，其中Ni:Fe摩尔比为1-3:1，优选2:1。然后进行搅拌，为了保证较好的分散效果，可采用超声分散，以40-80分钟为宜，较佳的，超声60分钟，以获得混合均匀的混合过渡金属盐溶液，然后加入表面生长调节剂混合均匀，所述表面生长调节剂为NH4F、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）中的一种或多种，优选为NH4F。相比其它表面生长调节剂，NH4F在反应过程中不仅作为生长调节剂，控制水滑石在银纳米线表面垂直生长，而且可以刻蚀银纳米线表面使其表面变得粗糙，从而更有利于水滑石在其表面的生长。所述混合过渡金属盐与表面生长调节剂的摩尔比为1:2-4，优选1:3。比例过低难以与大量的金属离子相结合，从而难以使水滑石垂直地生长在银纳米线的表面。比例过高会造成银纳米线结构的坍塌，使其难以维持一维的线状结构。最后加入配置好的银纳米线溶液。所述银纳米线优选为高长径比的银纳米线，较佳尺寸为：长度大于30μm，直径小于100nm。高长径比的银纳米线具有更大的表面积，可以为水滑石的生长提供更多的位点，从而提高单位质量银线表面水滑石的量，进而提高催化效率。本专利技术同时提供了上述银纳米线的合成方法：将表面活性剂分散在乙二醇中，再添加硝酸银、氯化铁的乙二醇溶液，然后在80-150℃下搅拌8-18h，再经分离处理，得到银纳米线。具体地，将表面活性剂分散在乙二醇中，所述表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚乙烯醇和十六烷基三甲基溴化铵中的一种或多种。再添加硝酸银、氯化铁的乙二醇溶液，搅拌均匀，所述硝酸银与所述表面活性剂的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：步骤A、将银纳米线溶液、表面生长调节剂分散到混合过渡金属盐溶液中；步骤B、将混合碱溶液加入到上述溶液中，控制溶液pH为8.8‑10.0，并于室温下晶化，再经干燥处理得到银纳米线/水滑石复合电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：步骤A、将银纳米线溶液、表面生长调节剂分散到混合过渡金属盐溶液中；步骤B、将混合碱溶液加入到上述溶液中，控制溶液pH为8.8-10.0，并于室温下晶化，再经干燥处理得到银纳米线/水滑石复合电催化剂。2.根据权利要求1所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，所述表面生长调节剂为NH4F、PVP和CTAB中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，混合过渡金属盐为Fe盐、Co盐、Ni盐、Cu盐、Zn盐、Al盐和Mn盐中的两种或者三种。4.根据权利要求1所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤A中，混合过渡金属盐与表面生长调节剂的摩尔比为1:2-4。5.根据权利要求1所述的银纳米线/水滑石复合电催化剂的制备方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：何传新，朱斌，刘洋溢，胡琪，范梁栋，张黔玲，刘剑洪，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东,44