一种具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法及其应用，将氯化钴、尿素和碳源溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀后置于反应釜中于140℃反应10h得到绿色沉淀，再经二次水和无水乙醇洗涤数次后真空干燥得到NiO/C前驱体；将步骤S1得到NiO/C前驱体置于管式炉中于200‑500℃煅烧2h得到具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂。本发明专利技术中具有核壳结构的双功能电催化剂具有较大的比表面积，活性位点暴露较多，并能与电解液更好的接触，可以有效提高双功能电催化剂的电催化活性。

Preparation and application of NiO / C bifunctional electrocatalyst with core-shell structure

【技术实现步骤摘要】
一种具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法及其应用
本专利技术属于锌空电池催化剂
，具体涉及一种具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法及其应用。
技术介绍
锌空电池作为一种清洁能源，具有高比能量、低成本、无污染等优势，在很多领域有实际性的应用，成为近年来研究的热点。在锌空电池中，催化剂是核心组成部分，也是决定电池成本和性能的关键材料。近年来，关于锌空电池单功能催化剂的研究层出不穷，然而，合成ORR和OER双功能电催化剂仍然具有挑战性。因此，开发一种双功能电催化剂成为锌空电池催化剂合成
有待解决的重要问题之一。最近，已经实现了许多过渡金属基电催化剂的合成，如过渡金属氧化物，由于其高的本征活性、完美的稳定性及卓越的导电性被应用于OER/ORR反应，引发了人们的广泛关注。其中过渡金属氧化物比表面积较大，活性位点暴露较多，因此具有良好的OER性能，然而它在催化过程中结构容易被破坏，不稳定，这些不足制约着无定形过渡金属氧化物的应用。碳基非贵金属催化剂因其具有一定的ORR催化活性、优异的抗中毒性能和良好的稳定性，引起了广泛的研究。同时，高温煅烧碳材料可以形成石墨化的碳，进一步改善碳基材料的导电性，从而提高其催化性能.然而碳基材料由于具有缓慢的动力学特征，大部分表现出较弱的OER性能，这些问题有待进一步解决。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种合成操作简单、反应条件温和且反应效率较高的具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法，该方法制得的NiO/C双功能电催化剂有效提高了锌空电池催化剂的电催化性能。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将氯化钴、尿素和碳源溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀后置于反应釜中于140℃反应10h得到绿色沉淀，再经二次水和无水乙醇洗涤数次后真空干燥得到NiO/C前驱体，所述碳源为葡萄糖、柠檬酸或抗坏血酸中的一种或多种；步骤S2：将步骤S1得到NiO/C前驱体置于管式炉中于200-500℃煅烧2h得到具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂，该NiO/C双功能电催化剂为核壳纳米球结构，内层球的直径在1-2μm之间，外层壳的平均厚度为270nm。优选的，步骤S1中所述氯化钴、尿素与碳源的投料质量比为1.2:0.3:0.12-0.24。本专利技术所述的具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂在制备锌空电池中应用，其特征在于具体过程为：将具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂分散于乙醇分散剂中，再加入炭黑，将混合液超声均匀后涂在玻碳电极表面，采用三电极系统，通过电化学工作站测量该催化剂的性能，该双功能电催化剂表现出较高的的OER、ORR双功能电催化活性，具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂能够为电极反应提供理想的固-液-气三相区，为电解液的传输提供更多通道，进而提高双功能电催化剂的比表面积，增加双功能电催化剂的催化活性，同时NiO和石墨碳两组份之间发挥了良好协同效应，不仅表现出双功能催化活性，并且由于外层碳的保护作用有效减弱了催化过程中氧化镍结构的破坏，遏制了电性能衰减的倾向。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：1、本专利技术合成的具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂，其合成方法操作简单、反应条件温和、反应效率高；2、本专利技术中具有核壳结构的双功能电催化剂具有较大的比表面积，活性位点暴露较多，并能与电解液更好的接触，可以有效提高双功能电催化剂的电催化活性；3、本专利技术合成的具有核壳结构的NiO/C锌空电池催化剂，外层碳的存在可以提高NiO的导电性，加速催化过程中电子的传输和传导，实现了在碱性条件下具有较高的OER、ORR双功能电催化活性，在锌空电池上有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例1制得的具有核壳结构的NiO/C锌空电池催化剂的SEM图；图2是本专利技术实施例1制得的具有核壳结构的NiO/C锌空电池催化剂的TEM图；图3是本专利技术实施例1与对比例1、对比例2制得的产物电化学性能测试图。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1将1.2g氯化镍、0.3g尿素和0.24g柠檬酸溶于60mL蒸馏水中，搅拌混合均匀后放置到100mL反应釜中，经过140℃，10h反应后得到绿色沉淀，经二次水和无水乙醇洗涤数次后在真空干燥箱中干燥得到NiO/C前驱体；将上述得到的NiO/C前驱体在管式炉中于300℃煅烧2h，最终得到具有核壳结构的NiO/C锌空电池催化剂。取2mg本实施例制得的NiO/C双功能电催化剂分散在乙醇分散剂中，再加入炭黑，将混合液超声均匀后涂在玻碳电极表面，采用三电极系统，通过电化学工作站测量该催化剂的性能，电性能测试结果如图3所示。实施例2将1.2g氯化镍、0.3g尿素和0.12g柠檬酸溶于60mL蒸馏水中，搅拌混合均匀后放置到100mL反应釜中，经过140℃，10h反应后得到绿色沉淀，经二次水和无水乙醇洗涤数次后在真空干燥箱中干燥得到NiO/C前驱体；将上述得到的NiO/C前驱体在管式炉中于300℃煅烧2h，最终得到具有核壳结构的NiO/C锌空电池催化剂。实施例3将1.2g氯化镍、0.3g尿素和0.24g柠檬酸溶于60mL蒸馏水中，搅拌混合均匀后放置到100mL反应釜中，经过140℃，10h反应后得到绿色沉淀，经二次水和无水乙醇洗涤数次后在真空干燥箱中干燥得到NiO/C前驱体；将上述得到的NiO/C前驱体在管式炉中于500℃煅烧2h，最终得到具有核壳结构的NiO/C锌空电池催化剂。对比例1将1.2g氯化镍和0.3g尿素溶于60mL蒸馏水中，搅拌混合均匀后放置到100mL反应釜中，经过140℃，10h反应后得到绿色沉淀，经二次水和无水乙醇洗涤数次后在真空干燥箱中干燥得到Ni2CO3(OH)2球体；将上述得到的Ni2CO3(OH)2球体在管式炉中于300℃煅烧2h，最终得到NiO锌空电池催化剂。取2mg本对比例制得的NiO催化剂分散在乙醇分散剂中，再加入炭黑，将混合液超声均匀后涂在玻碳电极表面，采用三电极系统，通过电化学工作站测量该催化剂的性能，电性能测试结果如图3所示。对比例2将1.2g氯化镍、0.3g尿素和0.24g柠檬酸溶于60mL蒸馏水中，搅拌混合均匀后放置到100mL反应釜中，经过140℃，10h反应后得到绿色沉淀，经二次水和无水乙醇洗涤数次后在真空干燥箱中干燥得到NiO/C前驱体。取2mg本对比例制得的NiO/C前驱体作为催化剂分散在乙醇分散剂中，再加入炭黑，将混合液超声均匀后涂在玻碳电极表面，采用三电极系统，通过电化学工作站测量该催化剂的性能，电性能测试结果如图3所示。本专利技术制得的具有核壳结构的NiO/C锌空电池催化剂具有良好的OER、ORR双功能电催化活性。图3电性能测试结果中，（a）为实施例1和对比例1-2制备的催化剂的ORR极化曲线，（b）为实施例1和对比例1-2制备的催化剂的OER极化曲线，与对比例1-2相比，实施例1制得的双功能电催化剂表现出较高的的OER、ORR双功能电催化活性；我们分析认为，本专利技术提供的具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将氯化钴、尿素和碳源溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀后置于反应釜中于140℃反应10h得到绿色沉淀，再经二次水和无水乙醇洗涤数次后真空干燥得到NiO/C前驱体，所述碳源为葡萄糖、柠檬酸或抗坏血酸中的一种或多种；步骤S2：将步骤S1得到NiO/C前驱体置于管式炉中于200‑500℃煅烧2h得到具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂，该NiO/C双功能电催化剂为核壳纳米球结构，内层球的直径在1‑2μm之间，外层壳的平均厚度为270nm。

【技术特征摘要】
1.一种具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：将氯化钴、尿素和碳源溶于蒸馏水中，搅拌混合均匀后置于反应釜中于140℃反应10h得到绿色沉淀，再经二次水和无水乙醇洗涤数次后真空干燥得到NiO/C前驱体，所述碳源为葡萄糖、柠檬酸或抗坏血酸中的一种或多种；步骤S2：将步骤S1得到NiO/C前驱体置于管式炉中于200-500℃煅烧2h得到具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂，该NiO/C双功能电催化剂为核壳纳米球结构，内层球的直径在1-2μm之间，外层壳的平均厚度为270nm。2.根据权利要求1所述的具有核壳结构的NiO/C双功能电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中所述氯化钴、尿素与碳源的投料质量比为1.2:0.3:0.12-...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨林，王荷，谷佳莉，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：河南,41