本发明专利技术公开一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用，步骤一：泡沫镍预处理；步骤二：取氯化钒和尿素同时加入到醇和氮甲基吡咯烷酮的混合溶剂；步骤三：将泡沫镍浸泡在溶液A中于115～125℃下进行23～25h的溶剂热反应；步骤四：反应结束后，将反应釜自然冷却至室温后，经过水醇交替清洗后并收集烘干，得到山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂；本发明专利技术采用溶剂热法具有制备过程简单、低的合成温度、不需要大型的设备和苛刻的条件等特点，制备的山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂的高活性和高稳定性，在碱性和中性条件下具有良好的全解水性能。
A hill like in-situ Ni-V bimetallic hydroxide catalyst and its preparation and Application
【技术实现步骤摘要】
一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用
本专利技术属于电催化材料领域，具体涉及一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着环境污染的日益加剧和化石燃料的快速消耗，开发可再生持续能源势在必行。由于其无碳量的排放，电解水制备氢气(H2)和氧气(O2)被认为是最具有前景和竞争力的解决方案之一[1]在电催化领域，贵金属基材料(Pt、Ru或Ir的氧化物)是目前最好的产氢电催化剂，而稀缺性和高成本严重限制了它们的实际应用。因此，近几年来，科研工作者致力于开发由地壳高丰度元素构成的、高催化活性的非贵金属产氢电催化剂。Ni基层状双金属氢氧化物(LDH)长期以来被认为是很有前途的阳极催化剂，其性能可以通过掺杂杂原子[2](过渡金属V、Fe、Co和Mn等；非金属N、S、P、Se等)和与导电基底复合[3](碳纳米管、泡沫镍、石墨烯和碳纤维纸等)等方法进一步提高。因此，Ni基LDH作为氧析出反应(OER)阳极催化剂和氢析出反应(HER)阴极催化剂显示出巨大的潜力，并最终能在低的工作电位下驱动整体水裂解反应。Luan[4]等人报道了关于二维α-Ni(OH)2材料的结构对电催化析氧反应性能的影响，通过调控不同的溶剂配比，制备了四种不同结构(蓓蕾状、花朵状、花瓣状、片状)的α-Ni(OH)2材料。实验表明，类花瓣状的α-Ni(OH)2催化剂具有高效的产氢产氧特性，高的电催化活性及稳定性，这可归因于其的尺寸小，使得其边界活性位点越多，有利用暴露出更多的活性位点、增加了表面积、有助于电解质渗透，同时具有良好的韧性，显著改善了电催化活性。此外，在之前的关于LDH合成报道中，使用的溶剂主要是水或是水和醇的混合溶剂，很少有人使用醇和氮甲基吡咯烷酮混合作为溶剂报道。[1]ZouX,ZhangY.NobleMetal-FreeHydrogenEvolutionCatalystsforWaterSplitting.Chem.Soc.Rev.2015,44,5148-5180.[2]JiangJ,SunF,ZhouS,etal.Atomic-levelinsightintosuper-efficientelectrocatalyticoxygenevolutiononironandvanadiumco-dopednickel(oxy)hydroxide[J].NatureCommunications,2018,9(1):2885.[3]RenJ,YuanG,WengC,ChenLandYuanZ.UniquelyintegratedFe-dopedNi(OH)2nanosheetsforhighlyefficientoxygenandhydrogenevolutionreactions[J].Nanoscale,2018,10,10620-10628.[4]LuanC,LiuG,LiuY,YuL,WangY,XiaoY,QiaoH,DaiXandZhangX.StructureEffectsof2DMaterialsonα-NickelHydroxideforOxygenEvolu@onReac@on[J].ACSNano2018,12,3875-3885.
技术实现思路
本专利技术目的在于提出一种的制备工艺简单，成本低、过程容易控制的山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用，制备的山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂具有高活性和高稳定性，在碱性和中性条件下具有良好的全解水性能。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案。一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂的制备方法，包括如下步骤：步骤一：泡沫镍预处理；步骤二：取62.92～70.78mg氯化钒和66～78mg的尿素同时加入到醇和氮甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，均匀搅拌得到溶液A；步骤三：将步骤一处理好的泡沫镍浸泡在溶液A中，然后倒入反应内釜中，进而将内釜装于外釜中固定后置于均相反应仪中，在5～8r/min的转速下，于115～125℃下进行23～25h的溶剂热反应；步骤四：反应结束后，将反应釜自然冷却至室温后，然后将反应后的产物泡沫镍取出，经过水醇交替清洗后并收集；步骤五：将步骤四中收集的泡沫镍进行烘干，得到山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂。进一步，所述步骤一中泡沫镍预处理是指将切好的1cm×4.5cm泡沫镍在丙酮溶液中超声清洗12～15min、然后倒入配好的1～3mol/L盐酸中超声清洗5～8min，最后分别用无水乙醇和超纯水交替冲洗3～4次，再在28～33℃下真空干燥10～15h。进一步，所述步骤二混合溶剂中氮甲基吡咯烷酮和醇的体积比为1:(9～11)。进一步，所述步骤二中搅拌过程采用磁力搅拌，搅拌时间为15～20min。进一步，所述步骤三中溶液A在反应内釜中进行反应，填充比为60～64％。进一步，所述步骤四中洗涤采用超纯水和无水乙醇交替冲洗3～4次。进一步，所述步骤五烘干温度为70～75℃，时间为4～6h。一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂在碱性和中性条件下析氢和析氧反应中的应用。相较于现有技术，具体有益效果如下：1)从合成策略上比较，本专利技术采用的是一步溶剂热法，其具有制备过程简单、低的合成温度、不需要大型的设备和苛刻的条件等特点。2)本专利技术中采用的是乙醇作为溶剂，该溶剂无毒、无腐蚀性；与常用的水溶剂相比具有较低的沸点，较低的粘度和表面张力，并且离子强度也很低，对某些反应具有比水优越的地方；反应的温度的确定与催化剂的活性温度、反应的热效应、原料和产物的沸点、催化剂的热稳定性等因素有关，因此，原料和溶剂的比例变化时，最佳反应温度可能会有所不同。3)本专利技术在反应溶剂中加入少量的氮甲基吡咯烷酮，通过严格协同控制其和醇的体积、钒源、尿素的浓度及配比、反应时间、反应温度、反应填充比等参数，实现了反应中镍钒氢氧化物存在状态的控制。4)泡沫镍(NF)不仅是硬模板剂，也提供了镍源。NF本身就是典型的3D多孔泡沫金属，其独特的立体结构增加了材料的担载量、提供了更多的反应活性位点；其多孔有利于物质的传输及气体的及时溢出；能够避免使用昂贵的粘接剂，以降低接触电阻，提高其导电性。并且，这种一体化骨肉相连的结构不仅有利于提高电催化剂的导电性，而且还可以增强电极的机械稳定性，从而提升其催化剂的活性和稳定性。5)当本专利技术材料应用在全解水电催化剂时，其表现出了良好的电化学活性。对本专利技术的NiV-LDH/NF电极在碱性(pH＝14)和中性(pH＝7)溶液下分别进行了全解水电催化测试。在碱性环境下对其进行催化测试，当电流密度达到10mA/cm2所需的HER和OER过电势分别为208mV和260mV。在中性环境下对其进行催化测试，当电流密度达到10mA/cm2所需的HER和OER过电势分别为324mV和560mV。其结果表明NiV-LDH/NF电极在碱性和中性条件下具有良好的全解水性能。...
【技术保护点】
1.一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：/n步骤一：泡沫镍预处理；/n步骤二：取62.92～70.78mg氯化钒和66～78mg的尿素同时加入到醇和氮甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，均匀搅拌得到溶液A；/n步骤三：将步骤一处理好的泡沫镍浸泡在溶液A中，然后倒入反应内釜中，进而将内釜装于外釜中固定后置于均相反应仪中，在5～8r/min的转速下，于115～125℃下进行23～25h的溶剂热反应；/n步骤四：反应结束后，将反应釜自然冷却至室温后，然后将反应后的产物泡沫镍取出，经过水醇交替清洗后并收集；/n步骤五：将步骤四中收集的泡沫镍进行烘干，得到山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂。/n
【技术特征摘要】
1.一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：泡沫镍预处理；
步骤二：取62.92～70.78mg氯化钒和66～78mg的尿素同时加入到醇和氮甲基吡咯烷酮的混合溶剂中，均匀搅拌得到溶液A；
步骤三：将步骤一处理好的泡沫镍浸泡在溶液A中，然后倒入反应内釜中，进而将内釜装于外釜中固定后置于均相反应仪中，在5～8r/min的转速下，于115～125℃下进行23～25h的溶剂热反应；
步骤四：反应结束后，将反应釜自然冷却至室温后，然后将反应后的产物泡沫镍取出，经过水醇交替清洗后并收集；
步骤五：将步骤四中收集的泡沫镍进行烘干，得到山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂。
2.如权利要求1所述的山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤一中泡沫镍预处理是指将切好的1cm×4.5cm泡沫镍在丙酮溶液中超声清洗12～15min、然后倒入配好的1～3mol/L盐酸中超声清洗5～8min，最后分别用无水乙醇和超纯水交替冲洗3～4次，再在28～33℃下真空干燥10～15h。
3....
【专利技术属性】
技术研发人员：曹丽云，何丹阳，冯亮亮，黄剑锋，吴建鹏，赵亚娟，杨丹，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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