不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法及其电解水析氢性能技术

本发明专利技术涉及过渡金属碳化物制备的技术领域，特别是涉及一种不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法及其电解水析氢性能，包括以下步骤：(1)采用机械搅拌，将六水合硝酸镍，甘氨酸均匀分散在去无水乙醇中；(2)将上述混合液体转移至反应釜，在180℃下反应12小时，得到碳包覆镍的前驱体；(3)在一定温度条件下的氮气中焙烧可分别得到球状碳包覆镍复合材料。该方法原料价廉易得，方便合成，设备简单，生产过程无污染，可快速实现规模化生产，该材料具有较多活性位点，具有较好的电解水析氢性能。

Preparation of spherical carbon coated nickel with different carbon layers and its hydrogen evolution performance in electrolytic water

The invention relates to the technical field of preparation of transition metal carbides, in particular to a preparation method of spherical carbon coated nickel with different carbon layers and hydrogen evolution performance of electrolytic water, including the following steps: (1) evenly dispersing nickel nitrate hexahydrate and glycine in anhydrous ethanol by mechanical agitation; (2) transferring the mixed liquid to a reaction kettle and reacting at 180 \u2103 for 12 hours, The precursor of carbon coated nickel was obtained; (3) spherical carbon coated nickel composites were obtained by calcination in nitrogen at a certain temperature. This method is cheap and easy to get, convenient to synthesize, simple in equipment, pollution-free in production process, and can realize large-scale production quickly. This material has many active sites and good hydrogen evolution performance in electrolytic water.

【技术实现步骤摘要】
不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法及其电解水析氢性能
本专利技术涉及过渡金属碳化物制备的
，特别是涉及一种不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法及其电解水析氢性能。
技术介绍
随着化石燃料消耗带来的大气污染、温室效应和雾霾等环境问题的日益加重(ClimaticChange，2014，123(3-4):413-426)，发展清洁、无污染、可再生的新能源逐渐被人们重视，氢能由于拥有较高的燃烧热值、储量丰富且容易获得、具有可再生性且燃烧产物绿色无毒，易于储存且便于运输，因此被认为是未来能源格局中最理想的能源载体。电催化分解水是实现工业化制氢的重要方式(Nanoscale，2014，6(21):12490-12499)，电催化分解水技术当前具有更低的析氧过电位催化活性的主要贵金属单质Pt等(InternationalJournalofHydrogenEnergy，1978，3(1):21-37)。但该类材料属于贵金属材料，其储量不足，且价格太过昂贵，因此极大的限制了其在工业生产中广泛的应用。因此，制备具有高催化活性、低成本的非贵金属催化剂一直是研究者的追求。其中，镍由于在地壳中含量丰富，并且具有良好的催化活性，是目前制备电解水催化剂普遍使用的两种元素之一，被认为是最有可能取代贵金属作为构筑新型电催化剂的材料之一。理论情况下，单质镍由于具有优异的金属性和导电性，应具有最好的电催化活性，但是由于单质镍在空气环境下极不稳定，易被氧化，降低催化活性。因此，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，然而溶剂热法和固相反应法操作简单，且易于实现规模化生产，在合成中严格控制合成条件参数，可得到相应的碳包覆镍复合碳材料。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种产物具有磁性能，且密度低、比表面积大等特点的不同碳层的球状碳包覆镍；本专利技术的另一个目的在于提供一种在合成过程中具有较高的安全性的不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法。本专利技术的不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法，包括以下步骤：(1)制备混合溶液：向20ml～25ml的无水乙醇溶液中依次加入甘氨酸和六水合硝酸镍，并进行磁力搅拌2h，静置数分钟后得到上清液；(2)制备球状碳包覆镍前驱体：将步骤(1)的得到的上清液的反应体系转移到聚四氟乙烯高温高压釜中，经过机械搅拌形成均匀的混合溶液，并在180℃下密闭反应12h，得到绿色沉淀物，即为球状碳包覆镍前驱体；(3)制备不同碳层的球状碳包覆镍：将步骤(2)中得到的绿色沉淀物洗涤干燥，并在一定的温度下在氮气气氛中煅烧3h，得到球状碳包覆镍。本专利技术的不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法，当制备的球状碳包覆镍的碳层为1～4层时，所述步骤(1)中所使用的甘氨酸的摩尔浓度为0.15mol/L，六水合硝酸镍摩尔浓度为0.225mol/L。本专利技术的不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法，当制备的球状碳包覆镍的碳层为5～8层时，所述步骤(1)中所使用的甘氨酸的摩尔浓度为0.167mol/L，六水合硝酸镍摩尔浓度为0.267mol/L。本专利技术的不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法，所述步骤(2)中的后处理为，待冷却后用乙醇抽滤洗涤，并在60℃下干燥得到绿色粉末。本专利技术的不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法，所述步骤(3)中的煅烧温度为500℃，每分钟上升5℃。本专利技术的不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法所制备的球状碳包覆镍，称量2.5mg球状碳包覆镍，将其移至10ml的离心管中，加入0.8ml的异丙醇、0.8ml的去离子水和14μl的Nafion溶液，超声30min后取9.6μl的混合溶液电极，在95℃的烘箱中干燥12h，并进行电解水析氢测试。本专利技术制备的球状碳包覆镍可以在乙醇中进行超声分散，然后采用扫描电镜或者透射电镜等手段观测纳米电线的结构和形貌，测得合成出的碳包覆镍的直径大约为10nm。与现有工艺相比本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术采用水热合成技术，具有实验技术相对简单，容易操作，设备要求简单，能够较大程度降低生产成本；(2)本专利技术采用甘氨酸作为碳源，具有对人体危害小，降低了对环境的污染；(3)本专利技术制备得到的球状碳包覆镍球粒径分布均一，易于合成，能够广泛应用于磁学、生物制药、机械、电子、光学等领域。附图说明图1为本专利技术制备的1～4层碳的球状碳包覆镍的扫描电镜图片；图2为本专利技术制备的5～8层碳的球状碳包覆镍的扫描电镜图片；图3为本专利技术制备的1～4层碳的球状碳包覆镍的透射电镜图片；图4为本专利技术制备的5～8层碳的球状碳包覆镍的透射电镜图片；图5为本专利技术制备的1～4(i)和5～8(ii)层碳的球状碳包覆镍的电解水析氢性能(图a为析氢极化曲线，图b为塔菲尔斜率，图c为电化学活性面积，图d为阻抗)。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。实施例1：1～4层碳的球状碳包覆镍的制备称量0.225g(0.15mol/L)甘氨酸与1.073g(0.225mol/L)六水合硝酸镍加入装有20mL无水乙醇的烧杯中，磁力搅拌2h，将其上清液转移至聚四氟乙烯高温高压釜中，反应180℃/12h后，待冷却用乙醇抽滤洗涤，60℃干燥得到绿色粉末。以450℃在氮气气氛下煅烧3h，每分钟上升5℃。实施例2：5～8层碳的球状碳包覆镍的制备称量0.255g(0.167mol/L)甘氨酸与1.274g(0.267mol/L)六水合硝酸镍加入装有25mL无水乙醇的烧杯中，磁力搅拌2h，将其全部转移至聚四氟乙烯高温高压釜中，反应180℃/12h后，待冷却用乙醇抽滤洗涤，60℃干燥得到绿色粉末。以500℃在氮气气氛下煅烧3h，每分钟上升5℃。以上实施例1和2合成的球状碳包覆镍的扫描电镜图片和透射电镜图片如图1～4所示，并根据图片可知纳米球的直径均一，均为2μm左右，单个碳包覆镍为10nm左右。并对以上实施例1和2合成的球状碳包覆镍，称量2.5mg球状碳包覆镍，将其移至10ml的离心管中，加入0.8ml的异丙醇、0.8ml的去离子水和14μl的Nafion溶液，超声30min后取9.6μl的混合溶液电极，在95℃的烘箱中干燥12h，并进行电解水析氢测试，其电解水析氢性能如图5所示，1～4层碳的球状碳包覆镍的析氢过电位为62mV，tafel斜率为119mV/dec，电化学活性面积为-23.8mF/cm-2；5～8层碳的球状碳包覆镍析氢过电位为156mV，tafel斜率为159mV/dec，电化学活性面积为-14.4mF/cm-2。以上所述仅是本专利技术的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术技术原本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)制备混合溶液：向20ml～25ml的无水乙醇溶液中依次加入甘氨酸和六水合硝酸镍，并进行磁力搅拌2h，静置数分钟后得到上清液；/n(2)制备球状碳包覆镍前驱体：将步骤(1)的得到的上清液的反应体系转移到聚四氟乙烯高温高压釜中，经过机械搅拌形成均匀的混合溶液，并在180℃下密闭反应12h，并经过后处理得到绿色沉淀物，即为球状碳包覆镍前驱体；/n(3)制备不同碳层的球状碳包覆镍：将步骤(2)中得到的绿色沉淀物洗涤干燥，并在一定的温度下在氮气气氛中煅烧3h，得到球状碳包覆镍。/n

【技术特征摘要】
1.一种不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备混合溶液：向20ml～25ml的无水乙醇溶液中依次加入甘氨酸和六水合硝酸镍，并进行磁力搅拌2h，静置数分钟后得到上清液；
(2)制备球状碳包覆镍前驱体：将步骤(1)的得到的上清液的反应体系转移到聚四氟乙烯高温高压釜中，经过机械搅拌形成均匀的混合溶液，并在180℃下密闭反应12h，并经过后处理得到绿色沉淀物，即为球状碳包覆镍前驱体；
(3)制备不同碳层的球状碳包覆镍：将步骤(2)中得到的绿色沉淀物洗涤干燥，并在一定的温度下在氮气气氛中煅烧3h，得到球状碳包覆镍。


2.如权利要求1所述的不同碳层的球状碳包覆镍的制备方法，其特征在于，当制备的球状碳包覆镍的碳层为1～4层时，所述步骤(1)中所使用的甘氨酸的摩尔浓度为0.15mol/L，六水合硝酸镍摩尔浓度为0.225mol/L。


3.如权利要求1所述的不...

【专利技术属性】
技术研发人员：马炜，苗萌馨，韩一帆，韩桂洪，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：河南;41