一种电解水制氢的电催化剂材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C的制备方法，包括以下步骤：S1.以甲醇、乙醇或水等为溶剂配制含有硝酸镍、硝酸钴、六次甲基四胺的溶液A，溶液A中硝酸镍、硝酸钴和六次甲基四胺的终摩尔比为(0.02～0.05):(0.04～0.1):(0.12～0.3)；S2.向溶液A中加入碳纤维介质进行水热反应，洗涤干燥后得到负载于碳纤维纸上的初级产物；S3.将初级产物和与溶液A等体积的、pH=13的NaOH溶液混合进行水热反应，洗涤、干燥后即得。本发明专利技术提供了一种电解水制氢的电催化剂材料的制备方法及其应用，具有方法简单、成本低廉等优点。制备的电催化剂材料为整体式，避免了粉末催化剂应用过程中存在的电阻大，容易脱落的缺点，所得电催化剂材料呈现三维多孔的结构，有利于电化学反应的传质，具有良好的电催化性能。

A Catalyst Material for Hydrogen Production from Electrolytic Water and Its Preparation Method and Application

The invention discloses a preparation method of electrocatalyst material NiCo2 (CO3) (OH) 4/C, which includes the following steps: S1. Solution A containing nickel nitrate, cobalt nitrate and hexamethylenetetramine is prepared by using methanol, ethanol or water as solvent. The final molar ratio of nickel nitrate, cobalt nitrate and hexamethylenetetramine in solution A is (0.02-0.05): (0.04-0.1): (0.12-0.3); and S2. Carbon is added to solution A. After washing and drying, the primary products loaded on carbon fiber paper are obtained by hydrothermal reaction of the medium. S3. The primary products are mixed with NaOH solution of the same volume as solution A and pH=13, and then washed and dried. The invention provides a preparation method and application of an electrocatalytic material for hydrogen production from electrolytic water, which has the advantages of simple method and low cost. The prepared electrocatalyst material is monolithic, which avoids the shortcomings of high resistance and easy falling off during the application of powder catalyst. The obtained electrocatalyst material presents three-dimensional porous structure, which is conducive to mass transfer of electrochemical reaction and has good electrocatalytic performance.

【技术实现步骤摘要】
一种电解水制氢的电催化剂材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及新材料领域，具体地，涉及一种电解水制氢的电催化剂材料及其制备方法和应用。
技术介绍
石油和能源危机使得新型能源的研究方兴未艾，现代社会飞速发展造成的能源和环境问题对可再生能源的开发和不可再生能源的有效利用都提出了非常高的要求。催化作为物质转化最有效的调控手段之一，对这些问题的解决起到了核心作用。在绿色能源方面，催化化学的研究为氢能的高效转化与利用提供了各种催化反应路径，为氢能的化学储存和释放以及生物质原料的转化和利用提供了有效的技术路线。在氢能的制备中，采用电解水的路线制备氢气的方法备受推崇。然而采用电解水制氢，往往要消耗大量电能，所需电压较高，需要消耗大量电能，因此，选择合适催化剂对于氢的高效制备是必要的。在众多催化剂中，贵金属Pt催化剂是高效的商用催化剂，但是其价格昂贵、资源有限。因此，发展非贵金属催化剂势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足和缺点，提供一种电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C的制备方法。本专利技术的第二个目的是提供所述制备方法制备得到的电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C。本专利技术的第三个目的是提供所述电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C作为电解水制氢的电催化剂的应用。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C的制备方法，包括以下步骤：S1.以甲醇、乙醇或水为溶剂，配制含有硝酸镍、硝酸钴、六次甲基四胺的溶液A，溶液A中硝酸镍、硝酸钴和六次甲基四胺的终摩尔比为(0.02～0.05):(0.04～0.1):(0.12～0.3)；S2.向溶液A中加入碳纤维材料的介质后进行水热反应，洗涤干燥后得到负载于碳纤维材料的介质上的初级产物；S3.将初级产物和与溶液A等体积的、pH=13的NaOH溶液混合进行水热反应，洗涤、干燥后即得。专利技术人通过创造性的劳动制备得到了电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C，在制备NiCo2(CO3)(OH)4/C催化剂材料过程中，加入的碳纤维材料的介质，方便易得、价格低廉；通过本专利技术公开的方法制备得到的催化剂材料为整体式，避免了粉末催化剂应用过程中存在的电阻大，容易脱落的缺点；所得催化剂材料呈现三维多孔结构，有利于电化学反应的传质，在电解水性能测试中表现出良好的电催化性能。优选地，步骤S1中，溶液A中硝酸镍、硝酸钴和六次甲基四胺终摩尔比为1:2:6；更优选地，溶液A中硝酸镍的终摩尔浓度为0.02～0.05mol/L。优选地，步骤S2中，所述碳纤维材料的介质为碳纤维纸或碳纤维布。优选地，步骤S2中，水热反应的条件为160～190℃，10～18h。优选地，步骤S3中，水热反应条件为130～180℃，1～6h。最优选地，所述制备方法，包括以下步骤：S1.以甲醇为溶剂配制含有0.02mol/L硝酸镍、0.04mol/L硝酸钴、0.12mol/L六次甲基四胺的溶液A，此时，溶液A中硝酸镍、硝酸钴和六次甲基四胺的终摩尔比为0.02:0.04:0.12，搅匀；S2.向溶液A中加入碳纤维纸后在180℃条件下水热反应12h，洗涤干燥后得到负载于碳纤维纸上的初级产物；S3.将初级产物和与溶液A等体积的、pH=13的NaOH溶液在160℃温度下进行水热反应4h，洗涤、干燥后即得。本专利技术还请求保护以上所述方法制备得到的电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C。优选地，所述催化剂为电催化剂。优选地，所述催化剂为电解水制氢的电催化剂。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种电解水制氢的电催化剂材料的制备方法及其应用，具有方法简单、成本低廉等优点。制备的电催化剂材料为整体式，避免了粉末催化剂应用过程中存在的电阻大，容易脱落的缺点，所得电催化剂材料呈现三维多孔的结构，有利于电化学反应的传质，具有良好的电催化性能。附图说明图1为实施例1制备的NiCo2(CO3)(OH)4/C的XRD图。图2为实施例1制备的NiCo2(CO3)(OH)4/C的SEM图。图3为实施例1制备的NiCo2(CO3)(OH)4/C的HER和OER反应性能。图4为实施例5未经NaOH水热处理制备的产品的HER反应性能。具体实施方式下面结合说明书附图及具体实施例对本专利技术作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。实施例1一种电解水制氢催化剂NiCo2(CO3)(OH)4/C的制备方法，包括以下步骤：1.方法将硝酸镍、硝酸钴、沉淀剂六次甲基四胺溶解于甲醇中搅拌混合均匀，配制成溶液A，溶液A中硝酸镍的终摩尔浓度为0.02mol/L，硝酸钴的终摩尔浓度为0.04mol/L、六次甲基四胺的终摩尔浓度为0.12mol/L。向上述溶液A中加入商业碳纤维纸，然后在180℃条件下水热反应12h，经洗涤、干燥后得到初级产物；然后将初级产物和与溶液A等体积的pH=13的NaOH溶液在160℃温度下水热反应4h，经洗涤干燥后即得到电解水制氢催化剂NiCo2(CO3)(OH)4/C。2.结果按上述方法制备得到性能良好的电催化剂NiCo2(CO3)(OH)4/C的XRD图如图1所示，表明制备的产品为NiCo2(CO3)(OH)4/C一致。该产品的SEM图如图2所示，从图可见产品为三维多孔片状结构，相互连接生成多孔，这样的结构有利于电解水反应。二、产品性能检测1.方法按现有公开技术将制备的电解水制氢催化剂NiCo2(CO3)(OH)4/C进行电解水反应性能测试。2.结果制备得到的电催化剂电解水反应性能测试如图3所示，从图中可以看出：该材料的HER反应性能的η10（HER反应性能指标）过电位为147.6mV，OER反应性能的η10（OER反应性能指标）过电位为132.4mV，具有良好的电催化性能。实施例2一种电解水制氢催化剂NiCo2(CO3)(OH)4/C的制备方法，包括以下步骤：1.方法将硝酸镍、硝酸钴、沉淀剂六次甲基四胺溶解于乙醇中搅拌混合均匀，配制成溶液A，溶液A中硝酸镍的终摩尔浓度为0.03mol/L，硝酸钴的终摩尔浓度为0.06mol/L、六次甲基四胺的终摩尔浓度为0.18mol/L。向上述溶液A中加入碳纤维布，然后在190℃条件下水热反应10h，经洗涤、干燥后得到初级产物；然后将初级产物和与溶液A等体积的pH=13的NaOH溶液在180℃温度下水热反应1h，经洗涤干燥后即得到电解水制氢催化剂NiCo2(CO3)(OH)4/C。2.结果通过上述方法制备得到性能良好的电催化剂NiCo2(CO3)(OH)4/C，该产品为三维多孔片状结构，相互连接成多孔。实施例3一种电解水制氢催化剂NiCo2(CO3)(OH)4/C的制备方法，包括以下步骤：1.方法将硝酸镍、硝酸钴、沉淀剂六次甲基四胺溶于水中搅拌混合均匀，配制成溶液A，溶液A中硝酸镍的终摩尔浓度为0.04mol/L，硝酸钴的终摩尔浓度为0.08mol/L、六次甲基四胺的终摩尔浓度为0.24mol/L。向上述溶液A中加入商业碳纤维纸，然后在160℃条件下水热反应1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.以甲醇、乙醇或水为溶剂，配制含有硝酸镍、硝酸钴、六次甲基四胺的溶液A，溶液A中硝酸镍、硝酸钴和六次甲基四胺的终摩尔比为(0.02～0.05):(0.04～0.1):(0.12～0.3)；S2.向溶液A中加入碳纤维材料的介质后进行水热反应，洗涤干燥后得到负载于碳纤维材料的介质上的初级产物；S3.将初级产物和与溶液A等体积的、pH=13的NaOH溶液混合进行水热反应，洗涤、干燥后即得。

【技术特征摘要】
1.一种电催化剂材料NiCo2(CO3)(OH)4/C的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.以甲醇、乙醇或水为溶剂，配制含有硝酸镍、硝酸钴、六次甲基四胺的溶液A，溶液A中硝酸镍、硝酸钴和六次甲基四胺的终摩尔比为(0.02～0.05):(0.04～0.1):(0.12～0.3)；S2.向溶液A中加入碳纤维材料的介质后进行水热反应，洗涤干燥后得到负载于碳纤维材料的介质上的初级产物；S3.将初级产物和与溶液A等体积的、pH=13的NaOH溶液混合进行水热反应，洗涤、干燥后即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，溶液A中硝酸镍、硝酸钴和六次甲基四胺终摩尔比为1:2:6。3.根据权利要求1所述的制备方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：铁津津，孙明，唐婷，程高，余林，叶飞，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44