The invention relates to a nitrogen doped carbon coated nickel composite nano carbon water electrolysis catalyst and a preparation method thereof. A single wall carbon nanotube composite with carbon containing carbon containing carbon is prepared by DC arc discharge method, and then the amorphous carbon is removed by oxidation and acid dissolution, and then the carbon containing porous net containing carbon containing nitrogen is obtained after high temperature nitriding in the atmosphere of ammonia gas. Single wall carbon nanotube composites. The preparation method has the advantages of low raw material cost, easy operation and easy scale production. The single wall carbon nanotube composite material obtained by DC arc discharge method has porous network structure, which is beneficial to the precipitation of oxygen and hydrogen. After removing amorphous carbon and nitriding to optimize the electronic state of the carbon surface, the catalytic performance of the electrolysis is better than that of two iridium oxide, which is widely used in industry. As an anode of the electrolysis water, the catalyst also showed good catalytic activity for hydrogen production.
【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂碳包镍复合纳米碳电解水催化剂及其制备方法
本专利技术属于能源领域,特别涉及一种氮掺杂碳包镍复合纳米碳电解水催化剂及其制备方法。
技术介绍
能源短缺是人类社会可持续发展进程中面临的挑战。电解水制氧和氢是解决能源短缺问题的一个有效途径。然而,在电催化分解水过程中,电催化析氧反应的动力学过程要比析氢反应要缓慢得多,严重阻碍了水电解效率的提高。因此,开发高效的电解水析氧催化剂是提升电解水效率的关键。此外,目前工业上常用的电解水析氧析氢催化剂二氧化铱、二氧化钌或二氧化铂被认为是目前工业最为高效的电解水析氧析氢催化剂。但这些含有稀有金属催化剂在地球的储量低,价格昂贵,使得催化剂的成本很高,大大限制其产业化的广泛应用。为了解决这个技术瓶颈,近年来开发的一些低廉的非贵金属电解水催化剂备受广泛关注,如硫酸盐、硒化物、磷化物以及其他非贵金属复合化合物等。然而,制备这些材料的方法通常包含复杂的合成和纯化的过程,不仅过程繁琐且耗时,不利于大规模产业化的推广。而直流电弧法常用于大规模合成纳米碳材料,其操作简单,且易于实现规模化生产,在合成中若添加些活性金属催化剂(如镍),通过严格控制合成条件参数,也可以得到相应的碳包金属复合碳材料。然而,直流电弧放电法直接合成出来的碳包金属复合碳材料中,活性金属含量有限,且材料中含有较多的导电性相对较差的无定型碳,影响材料的整体电解水催化活性。此外,碳表面电子态结构需要通过掺入异原子来调节优化,进一步提升电解水催化活性。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题,本专利技术提供了一种氮掺杂碳包镍复合纳米碳电解水催化剂及其制备方法。本专利技术的技术 ...
【技术保护点】
1.一种氮掺杂碳包镍复合纳米碳电解水催化剂,其特征在于,所述的氮掺杂的碳包镍复合纳米碳是一种氮掺杂的含碳包镍单壁碳纳米管复合材料,包含氮掺杂的单壁碳纳米管、氮掺杂的包覆有纳米金属镍的晶型碳颗粒和氮掺杂的包覆有纳米金属镍的无定型碳,氮掺杂的单壁碳纳米管之间相互交错,形成多孔网状结构,氮掺杂的包覆有纳米金属镍的晶型碳颗粒和氮掺杂的包覆有纳米金属镍的无定型碳镶嵌在单壁碳纳米管网格之间。
【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂碳包镍复合纳米碳电解水催化剂,其特征在于,所述的氮掺杂的碳包镍复合纳米碳是一种氮掺杂的含碳包镍单壁碳纳米管复合材料,包含氮掺杂的单壁碳纳米管、氮掺杂的包覆有纳米金属镍的晶型碳颗粒和氮掺杂的包覆有纳米金属镍的无定型碳,氮掺杂的单壁碳纳米管之间相互交错,形成多孔网状结构,氮掺杂的包覆有纳米金属镍的晶型碳颗粒和氮掺杂的包覆有纳米金属镍的无定型碳镶嵌在单壁碳纳米管网格之间。2.根据权利要求1所述的电解水催化剂,其特征在于,所述纳米金属镍颗粒尺寸为1~40nm,镍金属含量为9.5wt%~59wt%。3.根据权利要求1所述的电解水催化剂,其特征在于,氮元素相对于碳元素质量百分比为1%~6.0%。4.权利要求1所述的电解水催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:1)以掺有金属镍或镍金属合金催化剂和促进剂的石墨棒作为阳极,以纯石墨棒为阴极,将其分别安装在密闭电弧放电室的阴阳两极,调节高纯氦气的初始压强为0.2~1bar,放电电流为60~120A进行起弧放电。在放电起弧过程中保持阴阳两极间的间距为1~10mm,阳极石墨棒不断被消耗直至其消耗完毕断弧,放电室内网状的黑色固体为含碳包镍单壁碳纳米管复合材料;2)将步骤1)的含碳包镍单壁碳纳米管复合材料置于...
【专利技术属性】
技术研发人员:官轮辉,吴初新,张建硕,
申请(专利权)人:中国科学院福建物质结构研究所,
类型:发明
国别省市:福建,35
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