一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍及其制备方法和应用。所述复合物在泡沫镍表面覆盖均匀，以纳米颗粒组成球状团簇，颗粒尺寸在20～50纳米，形状为不规则球状，球状团簇尺度为0.5～1.0微米。本发明专利技术采用氯化镍以及偏钒酸铵分别作为镍源和钒源，以及尿素和氟化铵作为沉淀剂和控制剂，通过水热以及高温还原的方法在泡沫镍表面原位生长金属镍和三氧化二钒的复合物Ni‑V

Foam nickel supported on metal nickel and three oxidized two vanadium compound and preparation method and application thereof

【技术实现步骤摘要】
一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍及其制备方法和应用
本专利技术涉及负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的制备方法和应用，该泡沫镍采用水热以及高温还原方法制备而成，该泡沫镍作为催化电极在电催化析氢方面具备优异性能，在其他能源开发和环境保护领域也具备潜在的应用价值。
技术介绍
传统能源指在现阶段科学技术水平条件下，人们已经广泛使用、技术上比较成熟的能源，如煤炭、石油、天然气、水能、木材等，亦称常规能源。它是促进社会进步和文明的主要能源。其中人们运用最为广泛的是煤，石油，天然气，它们在地壳中是经千百万年形成的(按现在的采用速率，石油可用几十年，煤炭可用几百年)，这些能源短期内不可能再生，因此人类急需发展新型的能源来取代煤石油天然气等，包括水电、太阳能、风能、现代生物质能、地热能、海洋能(潮汐能)、传统生物质能。而氢能作为一种新型的清洁能源，具有高能量密度，清洁无污染，储量丰富的特点；同时由于氢能的还原特性，它也是一种重要的化工原料。基于以上特点，氢能已经在氢动力汽车、氢能发电、燃料电池、合成氨工业、加氢精炼化工原料等领域得到应用。电解水制氢是一种传统的制氢方法，在技术上十分成熟，通过电解水制氢能够得到高纯度的氢气。电解水制氢原理相当简单，由浸没在电解液中的一对电极，以及中间隔一层防止氢气渗透的隔膜(离子透过膜)，构成水电解室。电解质溶液一般是含有30％左右氢氧化钾(KOH)的溶液，当接通直流电后，水就能够分解为氢气和氧气。电解水制氢的关键是如何降低电解过程中的能耗，提高能源转换效率。传统的可有效降低析氢过电位的理想电极材料主要为贵金属Pt，但是Pt在地球上的储藏含量很低，并且价格昂贵，无法实现大规模的推广。因此，开发和研究一种高催化活性且成本价低的析氢电极具有重要的理论意义和实用价值。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍催化电极的电沉积制备方法及其应用。该电极制备方法简单，成本低，具有较低的析氢电势，具有优异的电催化析氢性能和稳定性。合成过程中不需要复杂的仪器、操作简单，有利于大规模的工业应用。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍，该复合物在泡沫镍表面覆盖均匀，以纳米颗粒组成球状团簇，颗粒尺寸在20～50纳米，形状为不规则球状，球状团簇尺度为0.5～1.0微米。一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的制备方法，是水热以及高温还原方法，包括如下步骤：(1)将0.8～1.2g六水合氯化镍，0.2～0.7g偏钒酸铵，0.6～1.8g尿素以及0.3～0.9g氟化铵分散于20～60mL去离子水中，置于聚四氟乙烯内衬的钢套内，将1～8片一定面积的泡沫镍放入，在烘箱中110～150℃条件下水热6～12个小时，自然冷却至室温以后，用去离子水和乙醇分别将泡沫镍冲洗干净，置于60℃真空烘箱中烘干待用；(2)取1～8片步骤(1)得到的烘干后泡沫镍置于管式炉中的石英方舟内，以0.05～0.2Lmin-1通入充分混合的载气，反应40～100min，自然冷却至室温，所述管式炉的温度为400～600℃，所述载气是氩气与氢气的混合气；(3)取出石英方舟，即得到负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍Ni-V2O3/NF，复合物在泡沫镍表面覆盖均匀，以纳米颗粒组成球状团簇，颗粒尺寸在20～50纳米，形状为不规则球状，球状团簇尺度为0.5～1.0微米。上述负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的应用，该泡沫镍作为催化电极，在电催化分解水制氢的应用。进一步的，上述应用方法如下：以1.0mol/LKOH溶液作为电解液，以负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍作为工作电极、银/氯化银电极作为参比电极、石墨棒作为对电极，测试温度为10～30℃；在碱性电解液中，当过电位为-25mV时，电流密度可达到-8～-12mAcm-2，并可保持稳定高效(产氢的法拉第效率保持在100％)的工作状态24个小时以上。本专利技术的有益效果在于：(1)采用简单的水热以及高温还原方法合成负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍Ni-V2O3/NF，合成方法简单，操作便捷，条件温和，可重复性高，合成过程中不需要复杂的仪器，操作简单，可以大批量合成，有利于大规模的工业应用；(2)将负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍Ni-V2O3/NF作为析氢电催化剂，结果表明其具有较好的析氢性能且过电位较低。在碱性电解液中，当过电位为-25mV时，电流密度可达到-8～-12mAcm-2，并可保持稳定高效(产氢的法拉第效率保持在100％)的工作状态24个小时以上；(3)制备过程中，所有试剂均为商业产品，不需要进一步处理；(4)合成方法简单，得到的材料易于应用，有利于在工业化生产中推广应用，还可作为氯碱工业、电解水工艺、太阳能电解水制氢以及电化学制氢等体系中的析氢材料。附图说明图1是实施例1所制备的负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的数码照片；图2是实施例1所制备的负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的扫描电镜图；图3是实施例1所制备的负载于泡沫镍上的金属镍和三氧化二钒复合物的透射电镜图；图4是实施例1所制备的负载于泡沫镍上的金属镍和三氧化二钒复合物的X射线衍射图谱；图5是实施例1所制备的负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的X射线光电子能谱图；图6是实施例1所制备的负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的X射线吸收精细结构近边谱；图7是实施例1所制备的负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的R空间图谱；图8是实施例1所制备的负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍作为工作电极在碱性电解质溶液中的析氢线性扫描曲线；图9是实施例1所制备的负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍作为工作电极在碱性电解质溶液中电流密度为-10mAcm-2时的恒电流曲线和产氢法拉第效率图。具体实施方式下面，结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限制本专利技术的保护范围。本文所公开的“范围”以下限和上限的形式。可以分别为一个或多个下限，和一个或多个上限。给定范围是通过选定一个下限和一个上限进行限定的。选定的下限和上限限定了特别范围的边界。所有可以这种方式进行限定的范围是包含和可组合的，即任何下限可以与任何上限组合形成一个范围。例如，针对特定参数列出了60-120和80-110的范围，理解为60-110和80-120的范围也是预料到的。此外，如果列出的最小范围值1和2，和如果列出了最大范围3，4和5，则下面的范围可全部预料到：1-2、1-4、1-5、2-3、2-4和2-5。本专利技术中，除非有其他说明，数值范围“a-b”表示a到b之间的任意实数组合的缩略表示，其中a和b都是实数。例如数值范围“0-5”表示本文中已经全部列出了“0-5”之间的全部实数，“0-5”只是这些数值组合的缩略表示。在本专利技术中，如果没有特别的说明，本文所提到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍，其特征在于，所述复合物在泡沫镍表面覆盖均匀，以纳米颗粒组成球状团簇，颗粒尺寸在20～50纳米，形状为不规则球状，球状团簇尺度为0.5～1.0微米。/n

【技术特征摘要】
1.一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍，其特征在于，所述复合物在泡沫镍表面覆盖均匀，以纳米颗粒组成球状团簇，颗粒尺寸在20～50纳米，形状为不规则球状，球状团簇尺度为0.5～1.0微米。


2.一种负载金属镍和三氧化二钒复合物的泡沫镍的制备方法，采用氯化镍以及偏钒酸铵分别作为镍源和钒源，以及尿素和氟化铵作为沉淀剂和控制剂，通过水热以及高温还原的方法在泡沫镍表面原位生长金属镍和三氧化二钒的复合物Ni-V2O3/NF。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将0.8～1.2g六水合氯化镍，0.2～0.7g偏钒酸铵，0.6～1.8g尿素以及0.3～0.9g氟化铵分散于20～60mL去离子水中，置于聚四氟乙烯内衬的钢套内，将1～8片一定面积的泡沫镍放入，在烘箱中110～150℃条件下水热6～12个小时，自然冷却至室温以后，用去离子水和乙醇分别将泡沫镍冲洗干净，置于60℃真空烘箱中烘干待用；
(2)取1～8片步骤(1)得到的烘干后泡沫镍置于管式炉中的石英方舟内，以0.05～0.2Lmin-1通入充分混合的载气，反应40～100min，自然冷却至室温；
所述管式...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨化桂，张馨予，刘鹏飞，
申请(专利权)人：华东理工大学，
类型：发明
国别省市：上海;31