一种电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种电催化剂及其制备方法，方法包括：将泡沫镍进行清洗；将过渡金属盐、生长调节剂和沉淀剂混合于溶剂中，并搅拌均匀后转移到反应釜中，加入洗好的泡沫镍，浸泡5~30min，于100~200℃条件下反应6~24h，得到金属氢氧化物纳米片；将所述金属氢氧化物纳米片放入无水乙醇中，进行搅拌，然后加入钛酸四丁酯，最后在加入去离子水，反应1~4h，得到二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片；将所述二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片与磷化物分别放入瓷舟的两侧，在惰性气氛的保护下，在200~500℃的条件下煅烧1~3h，煅烧完成后降温至室温，得到二氧化钛包覆的金属磷化物纳米片。该方法生产成本低，工艺简单。

An electrocatalyst and preparation method thereof

The invention discloses an electrocatalyst and a preparation method thereof, which comprises cleaning nickel foam, mixing transition metal salt, growth regulator and precipitator in a solvent, stirring evenly, transferring to a reaction kettle, adding washed nickel foam, soaking for 5-30 minutes, and reacting for 6-24 hours at 100-200 temperature to obtain metal. Hydroxide nanosheets; the metal hydroxide nanosheets are put into anhydrous ethanol, stirred, then tetrabutyl titanate is added, and then deionized water is added to react for 1 to 4 h to obtain titanium dioxide coated metal hydroxide nanosheets; the titanium dioxide coated metal hydroxide nanosheets and phosphides are prepared. Under the protection of inert atmosphere, titanium dioxide coated metal phosphide nanosheets were prepared by calcining the two sides of the porcelain boat at 200 ~ 500 C for 1 ~ 3 h, then cooling to room temperature after calcination. The method has low production cost and simple process.

【技术实现步骤摘要】
一种电催化剂及其制备方法
本专利技术涉及催化剂
，尤其涉及一种电催化剂及其制备方法。
技术介绍
随着社会的不断进步与发展，人们对能源的需求越来越多，要求也越来越高，从之前不可再生的化石燃料逐渐变为太阳能、风能、氢能等可再生的能源；目前，氢气作为一种可再生的高能燃料，被认为是未来燃料电池最有前途的能源载体。为了达到提高氢气的产率，开发高效、廉价的电催化剂来生产具有成本效益和高纯度的氢是至关重要的。虽然研究人员在提高氢气纯度这一方面做了巨大贡献，但是大多采用的还是Pt基催化剂，虽然它的催化活性相较于其它的催化剂性能更优越，但是Pt基催化剂具有成本高、活性低和耐久性不足等缺点，限制了它的进一步发展与应用。因此，研究制备出一种高活性高稳定性的非贵金属催化剂制备高纯度的氢气是至关重要的。对于非贵金属催化剂的制备材料，人们的研究重点逐渐由贵金属转向非贵金属或者金属氧化物，主要体现在对于金属催化剂的选择上。目前很多文献中都报道了许多非贵金属催化剂并应用于析氢，并且取得了不错的电催化性能。虽然如此，但是还远远不能达到商业化应用的要求。而且，催化剂的种类繁多，合成工艺手段难以控制，对于催化活性的形成机理研究较为困难，不利于成本低、活性高和耐久性好，适合于商业化应用的电催化剂的研发。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电催化剂及其制备方法，旨在解决现有的氢析出电催化剂成本高、活性低和耐久性不足的问题。本专利技术的技术方案如下：一种电催化剂的制备方法，其中，包括：步骤A、将泡沫镍进行清洗；步骤B、将过渡金属盐、生长调节剂和沉淀剂混合于溶剂中，并搅拌均匀后转移到反应釜中，加入洗好的泡沫镍，浸泡5~30min，于100~200℃条件下反应6~24h，得到金属氢氧化物纳米片；步骤C、将所述金属氢氧化物纳米片放入无水乙醇中，进行搅拌，然后加入钛酸四丁酯，最后在加入去离子水，反应1~4h，得到二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片；步骤D、将所述二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片与磷化物分别放入瓷舟的两侧，在惰性气氛的保护下，在200~500℃的条件下煅烧1~3h，煅烧完成后降温至室温，得到二氧化钛包覆的金属磷化物纳米片电催化剂。所述的电催化剂的制备方法，其中，所述步骤A包括：将泡沫镍分别放在盐酸、去离子水、无水乙醇中清洗10~20min。所述的电催化剂的制备方法，其中，所述步骤B中，所述过渡金属盐选自过渡金属的硝酸盐、过渡金属的氯盐中的一种或几种。所述的电催化剂的制备方法，其中，所述过渡金属选自钴、镍、铁中的一种或几种。所述的电催化剂的制备方法，其中，所述步骤B中，过渡金属盐和生长调节剂的摩尔比为0.5~3:2~5，过渡金属盐与沉淀剂的摩尔比为0.1~1:1~5。所述的电催化剂的制备方法，其中，所述步骤B中，过渡金属盐、生长调节剂和沉淀剂的摩尔比为3:5:15。所述的电催化剂的制备方法，其中，所述步骤C中，碳酸四丁酯与无水乙醇的体积比为0.01~1:100~250，去离子水与无水乙醇的体积比为0.1~1:1~5。所述的电催化剂的制备方法，其中，所述步骤D中，所述磷化物为次磷酸钠。所述的电催化剂的制备方法，其中，所述步骤D中，所述二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片与磷化物的质量比例为0.05~1:0.5~2。一种电催化剂，其中，采用本专利技术所述的电催化剂的制备方法制备得到。有益效果：本专利技术方法能够利用廉价的原料合成催化活性高、稳定性好、绿色环保的氢析出催化剂，且合成工艺简单、有希望取代昂贵的Pt基催化剂，有利于以泡沫镍为基底的二氧化钛包覆金属磷化物超薄纳米片电催化剂的进一步推广应用。附图说明图1为本专利技术中实施例1制备的催化剂的形貌表征图，其中，a为实施例1制备的催化剂的扫描电镜图，b为实施例1制备的催化剂的透射电镜图。图2为本专利技术中实施例1和实施例6制备的催化剂在1mol/L的KOH溶液中的析氢性能测试图。图3为本专利技术中不同二氧化钛含量的催化剂在1mol/L的KOH溶液中的析氢性能测试图。图4为本专利技术中实施例中1中得到的催化剂在1mol/L的KOH溶液与相同反应载量的Pt/C催化剂的析氢性能对比图。具体实施方式本专利技术提供一种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。本专利技术提供一种电催化剂的制备方法，其中，包括：步骤S10、将泡沫镍进行清洗；步骤S20、将过渡金属盐、生长调节剂和沉淀剂混合于溶剂中，并搅拌均匀后转移到反应釜中，加入洗好的泡沫镍，浸泡5~30min，于100~200℃条件下反应6~24h，得到金属氢氧化物纳米片；步骤S30、将所述金属氢氧化物纳米片放入无水乙醇中，进行搅拌，然后加入钛酸四丁酯，最后在加入去离子水，反应1~4h，得到二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片；步骤S40、将所述二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片与磷化物分别放入瓷舟的两侧，在惰性气氛的保护下，在200~500℃的条件下煅烧1~3h，煅烧完成后降温至室温，得到二氧化钛包覆的金属磷化物纳米片催化剂。本专利技术以导电性良好的泡沫镍为基底制备了电催化剂，解决了以往催化剂导电性差的缺点，而且合成工艺简单可控，便于对其催化活性形成机理进行探究；同时，原料成本低廉且容易获得，对环境友好，有利于生产高效高纯度氢能催化剂的推广应用。所述步骤S10中，市场上的泡沫镍表面有一层氧化物，为了使后续金属氢氧化物充分的生长在泡沫镍表面，需要对其进行处理，所述处理具体包括步骤：将剪好的泡沫镍分别放在一定浓度的盐酸（如2M的盐酸）、去离子水、无水乙醇中清洗10~20min（如15分钟），吹干待用。所述步骤S20具体包括：将过渡金属盐、生长调节剂和沉淀剂按一定比例混合于溶剂中，为了溶解充分，进行搅拌数分钟，配制成生长液；然后将所述生长液转移到反应釜中，加入洗好的泡沫镍，浸泡5~30min（优选浸泡时间为15min）；在烘箱内于100~200℃条件下反应6~24h（优选24h），得到金属氢氧化物纳米片，在上述反应温度下可以获得预期的结构，在上述反应时间下可以获得垂直生长的金属氢氧化物纳米片。其中过渡金属盐选自过渡金属的硝酸盐、过渡金属的氯盐等中的一种或者多种，所述过渡金属选自钴、镍、铁等金属中的一种或者多种金属的组合；采用所述过渡金属盐作为前驱体制备金属氢氧化物纳米片，成本低廉，原料易得，有利于以其为原料制备成本低、高性能且环境友好的电催化剂，促进该技术的推广与应用。作为举例，所述过渡金属盐可以选自硝酸钴、硝酸镍、硝酸铁或者它们的氯化盐等，上述过渡金属盐较为常见且较易获得，一方面有利于降低成本，另一方面，结构简单明确，表征方法成熟，便于高效的展开研究。除加入的过渡金属盐外，本专利技术还要加入一定量的生长调节剂和沉淀剂，目的是为了使金属氢氧化物有个良好的生长环境。所述步骤S30具体包括：将所述金属氢氧化物纳米片放入无水乙醇中，选择所述无水乙醇作为溶剂目的是包覆二氧化钛时防止有水存在影响反应，接着在200~500rpm转速下进行磁力搅拌，搅拌速度不宜过快，优选的，转速为300rpm；然后快速加入一定量的可以水解生成二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：步骤A、将泡沫镍进行清洗；步骤B、将过渡金属盐、生长调节剂和沉淀剂混合于溶剂中，并搅拌均匀后转移到反应釜中，加入洗好的泡沫镍，浸泡5~30min，于100~200℃条件下反应6~24h，得到金属氢氧化物纳米片；步骤C、将所述金属氢氧化物纳米片放入无水乙醇中，进行搅拌，然后加入钛酸四丁酯，最后在加入去离子水，反应1~4h，得到二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片；步骤D、将所述二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片与磷化物分别放入瓷舟的两侧，在惰性气氛的保护下，在200~500℃的条件下煅烧1~3h，煅烧完成后降温至室温，得到二氧化钛包覆的金属磷化物纳米片电催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种电催化剂的制备方法，其特征在于，包括：步骤A、将泡沫镍进行清洗；步骤B、将过渡金属盐、生长调节剂和沉淀剂混合于溶剂中，并搅拌均匀后转移到反应釜中，加入洗好的泡沫镍，浸泡5~30min，于100~200℃条件下反应6~24h，得到金属氢氧化物纳米片；步骤C、将所述金属氢氧化物纳米片放入无水乙醇中，进行搅拌，然后加入钛酸四丁酯，最后在加入去离子水，反应1~4h，得到二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片；步骤D、将所述二氧化钛包覆的金属氢氧化物纳米片与磷化物分别放入瓷舟的两侧，在惰性气氛的保护下，在200~500℃的条件下煅烧1~3h，煅烧完成后降温至室温，得到二氧化钛包覆的金属磷化物纳米片电催化剂。2.根据权利要求1所述的电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤A包括：将泡沫镍分别放在盐酸、去离子水、无水乙醇中清洗10~20min。3.根据权利要求1所述的电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤B中，所述过渡金属盐选自过渡金属的硝酸盐、过渡金属的氯盐中的一种或几种。4.根据权利...

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