Fe制造技术

本发明专利技术涉及一种Fe

Fe2P nanoscale surface modified Ni (OH) 2 hydrogen evolution catalyst and its preparation and Application

The present invention relates to a Fe2P nano array of surface modified Ni (OH) 2 hydrogen in titanium catalyst, substrate with Fe2P nano arrays formed Fe2P/Ti, Fe2P nano array surface load Ni (OH) 2 nanoparticles formed Ni (OH) 2 Fe2P, Ni (OH) Fe2P was 2 nano array the structure of the formation of Ni (OH) 2 Fe2P/Ti catalyst; among them, Ni (OH) loading nanoparticles of 2 Fe2P/Ti in the 1 ~ 2mg / cm

【技术实现步骤摘要】
Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米新材料领域，具体涉及一种Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着化石燃料的大量消耗和环境污染的日益严重，人类对能源和可再生清洁能源替代品的需求不断增加。作为一种具有高能量输出且没有副产物产生的清洁燃料，氢气是能源供应的理想候选者。电化学分解水被广泛认为是生产氢气的有效手段之一。目前，贵金属Pt被认为是最好的析氢反应(HER)催化剂，但成本高难以获取，极大地限制了其大规模应用。因此，开发低成本，高效率的碱性HER催化剂至关重要，但仍然是很大的挑战。研究表明，纳米Fe2P在酸性溶液中显示了较好的HER活性(NanoEnergy,2015,12,666–674)，但由于水分解过程的缓慢动力学，其碱性介质中的HER催化活性被限制(Nat.Chem.,2013,5,300–306)。
技术实现思路
针对现有技术的缺点，本专利技术提供一种Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂，催化活性高，同时具有良好的电化学稳定性，本专利技术还提供其制备方法，具有开发成本低，易于合成等优点，本专利技术所制备的催化剂应用于碱性条件下的析氢反应。本专利技术所述的Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂，在钛网基底上长有Fe2P纳米阵列形成Fe2P/Ti，Fe2P纳米阵列表面负载有Ni(OH)2纳米颗粒形成Ni(OH)2-Fe2P，Ni(OH)2-Fe2P呈纳米阵列结构，最终形成Ni(OH)2-Fe2P/Ti催化剂；其中，Ni(OH)2纳米颗粒在Fe2P/Ti上的负载量为1～2mg·cm-2。本专利技术所述的Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：(1)水热法制备FeOOH/Ti：①钛网预处理，②将FeCl3·6H2O、尿素投入去离子水中搅拌至澄清制得Fe3+溶液，③将①中预处理后的钛网和②中制得的Fe3+溶液转移至特氟龙高压釜中，在100～120℃下保温4～8h，冷却至室温后取出，冲洗得FeOOH/Ti；(2)制备Fe2P/Ti：将步骤(1)中制得的FeOOH/Ti和次磷酸钠分别放于两个瓷舟中，将两个瓷舟放于管式炉中，其中放有次磷酸钠的瓷舟位于管式炉的上游，在氩气保护下升温反应，制得Fe2P/Ti；(3)电沉积制备Ni(OH)2-Fe2P/Ti：采用标准的三电极体系，步骤(2)所制得的Fe2P/Ti作为工作电极，电解液为0.1M氯化镍水溶液，在-0.8～-1.0V的恒定电压下进行60～100秒，将Ni(OH)2电沉积在Fe2P/Ti上制得Ni(OH)2-Fe2P/Ti复合电极，将复合电极取出冲洗后干燥制得成品Ni(OH)2-Fe2P/Ti催化剂。步骤(1)中钛网预处理条件为置于乙醇溶液中超声处理10min。FeCl3·6H2O、尿素的用量比例为为1:10～20，所配制的Fe3+溶液浓度为0.1M。步骤(2)反应条件为以2℃/min的升温速率升温至300℃后维持2h。步骤(3)中三电极体系中，对比电极和参比电极分别为石墨片和饱和甘汞。步骤(3)中复合电极的干燥温度为60～80℃。本专利技术所述的Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂的应用于碱性条件下的析氢反应。作为一个优选的技术方案，本专利技术所述的Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：(1)2.702gFeCl3·6H2O和0.9g尿素溶于100mL去离子水中搅拌至澄清制得Fe3+溶液，将钛网置于于乙醇溶液中超声处理10min，将钛网(2×3cm)和Fe3+溶液一起转移至100mL特氟龙高压釜中，在100℃保持4小时，冷却至室温后取出，用去离子水冲洗三次，FeOOH/Ti即被得到；(2)将上述制备的FeOOH/Ti和500mg次磷酸钠分别放于两个瓷舟中，将两个瓷舟放于管式炉中，其中放有次磷酸钠的瓷舟位于管式炉的上游，在氩气保护下，以2℃/min的升温速率升温至300℃后维持2h，制得Fe2P/Ti；(3)采用标准的三电极体系，步骤(2)所制得的Fe2P/Ti作为工作电极，石墨片和饱和甘汞分别作为对电极和参比电极，电解液为0.1M氯化镍水溶液，在-1.0V的恒定电压下进行100秒，将Ni(OH)2电沉积在Fe2P/Ti上制得Ni(OH)2-Fe2P/Ti复合电极，将复合电极取出，用去离子水冲洗三次，在60℃下干燥后制得成品，Ni(OH)2纳米颗粒在Fe2P/Ti上的负载量为1.34mg·cm-2。本专利技术与现有技术相比，具有以下有益效果。本专利技术所制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti催化剂，Ni(OH)2-Fe2P呈纳米阵列结构作为在导电基质钛网上的活性组分，具有更高的比表面积和活性位点，此外，纳米阵列上各纳米棒之间的开放空间和钛网的网状结构有助于电解质和逸出氢气的扩散，有利于Ni(OH)2-Fe2P/Ti的HER催化活性的提高，同时该催化剂满足Ni(OH)2低负载量下具有高催化活性的需求，本专利技术制备方法成本低，易于合成，同时实验测试表明，本专利技术所制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti催化剂在碱性条件下应用具有良好的电化学稳定性，解决了Fe2P只在酸性溶液中显示较好HER催化活性的技术问题，是一种稳定有效的新型析氢催化剂。附图说明图1、a：制备的Fe2P/Ti和Ni(OH)2-Fe2P/Ti的X射线衍射图(XRD)；b:实施例1制备的Fe2P/Ti的扫描电子图像；c：制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti的扫描电子图像；d：Fe2P/Ti的透射电子显微镜图像；e：Fe2P/Ti高分辨率的透射电子显微镜(HRTEM)；f：Ni(OH)2-Fe2P/Ti的透射电子显微镜图像；g：Ni(OH)2-Fe2P/Ti的高分辨率的透射电子显微镜(HRTEM)；h、i、j、k：分别为Ni(OH)2-Fe2P/Ti中Fe,Ni,P和O元素的X射线能谱元素映射图像；图2、制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti中的(a)Fe2p,(b)Ni2p,(c)P2p,和(d)O元素的X射线光电子能谱图；图3、(a)为制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti，Fe2P/Ti，Ti网,和对比例中制得Pt/C催化剂的线性扫描伏安曲线，(b)为制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti，Fe2P/Ti，和对比例中制得Pt/C催化剂的塔菲尔值，(c)为制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti的多步计时电位曲线，(d)为制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti的时间电流曲线；图4为制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti氢气析出的理论计算值和测量值的时间和气体产量图；图5为制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti的能量分散的X射线能谱图；图6为制备的(a)Fe2P/Ti和(b)Ni(OH)2-Fe2P/Ti的在非法拉第电流下的不同扫速的循环伏安图，(c,d)分别为Fe2P/Ti和和Ni(OH)2-Fe2P/Ti对应的氧化峰的线性关系；图7为制备的Ni(OH)2-Fe2P/Ti循环伏安法500圈前后的线性扫描伏安曲线。图1-7中均是实施例1中所制备产物的测试表征图。图1中：从1a中可以看出，Fe2P/Ti在35.3°,40.3°,44.2°,52.9°本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂，其特征在于：在钛网基底上长有Fe2P纳米阵列形成Fe2P/Ti，Fe2P纳米阵列表面负载有Ni(OH)2纳米颗粒形成Ni(OH)2‑Fe2P，Ni(OH)2‑Fe2P呈纳米阵列结构，最终形成Ni(OH)2‑Fe2P/Ti催化剂；其中，Ni(OH)2纳米颗粒在Fe2P/Ti上的负载量为1～2mg·cm

【技术特征摘要】
1.一种Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂，其特征在于：在钛网基底上长有Fe2P纳米阵列形成Fe2P/Ti，Fe2P纳米阵列表面负载有Ni(OH)2纳米颗粒形成Ni(OH)2-Fe2P，Ni(OH)2-Fe2P呈纳米阵列结构，最终形成Ni(OH)2-Fe2P/Ti催化剂；其中，Ni(OH)2纳米颗粒在Fe2P/Ti上的负载量为1～2mg·cm-2。2.一种Fe2P纳米阵列表面修饰Ni(OH)2析氢催化剂的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：(1)水热法制备FeOOH/Ti：①钛网预处理，②将FeCl3·6H2O、尿素投入去离子水中搅拌至澄清制得Fe3+溶液，③将①中预处理后的钛网和②中制得的Fe3+溶液转移至特氟龙高压釜中，在100～120℃下保温4～8h，冷却至室温后取出，冲洗得FeOOH/Ti；(2)制备Fe2P/Ti：将步骤(1)中制得的FeOOH/Ti和次磷酸钠分别放于两个瓷舟中，将两个瓷舟放于管式炉中，其中放有次磷酸钠的瓷舟位于管式炉的上游，在氩气保护下升温反应，制得Fe2P/Ti；(3)电沉积制备Ni(OH)2-Fe2P/Ti：采用标准的三电极体系，步骤(2)所制得的Fe2P/Ti作为工作电极，电解液为0.1M氯化镍水溶液，在-0.8～...

【专利技术属性】
技术研发人员：渠凤丽，张晓萍，杜蕙同，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：山东,37