一种用于全解水电催化的双功能Co制造技术

本发明专利技术公开了一种用于全解水电催化的双功能Co

A bifunctional CO for hydrocatalysis

【技术实现步骤摘要】
一种用于全解水电催化的双功能Co2-xNixO2纳米材料的制备方法
本专利技术涉及纳米材料电催化
，具体是一种用于全解水电催化的双功能Co2-xNixO2纳米材料的制备方法。
技术介绍
氢能目前作为世界范围内公认的清洁可再生能源，被越来越多的研究人员所关注。相较于使用传统的化石能源对环境造成破坏，氢能具有以下几个优点：(1)具有广泛的来源。自然界中氢主要是以化合态的形式贮存在水中，且水是地球上储备量最大的物质之一。(2)能量密度、转化效率高。氢能在燃烧时，其绝大部分化学能会转化为热能供人类利用。(3)清洁无污染。在制备、储存和利用氢能的过程中均不会产生对环境有害的污染物。(4)导热性能好。氢是在能源工业中除水以外良好的传热载体。(5)易于储存，方便运输。工业上对氢气进行压缩形成液态氢，减少了储存空间，降低了运输的成本。目前，制备氢能的技术有很多种，其中以氢元素来源的不同可分为两种：一种是利用化石燃料及其下游产品为原料进行重新整合或者部分氧化制备氢能。这种方法成本低廉、可以大规模生产，但在生产的过程当中会伴随大量的二氧化碳排放。另一种则是利用废弃的有机物或者水为原料，通过光、电等方式使其分解制氢。这种方法不会对环境造成污染，但由于技术还不是很成熟。电解水制氢因其设备简单且方便维护、对环境友好、工艺流程简易等诸多优点在上述众多方法中越来越受到广泛关注。全解水制氢过程的实现主要是依赖于电解池的原理，其中电解池总分解电压由水的理想分解电压和电解池中总电阻压降组成。电解池的总分解电压是表征材料性能的关键指标，分解电压越大，表明全解水制氢所需要消耗的能量越高。采用电化学线性扫描伏安法进行全解水电催化时，包括阳极的OER和阴极的HER两个半反应，具有较高的能量壁垒。因此修饰电极材料在降低阴极和阳极能量壁垒，提高催化性能方面扮演着相对重要的作用。目前商业化常用的修饰电极材料有Pt/c、RuO2、IrO2等，然而基于上述这些材料制备电化学催化剂，虽然在单一的OER反应或者HER反应中体现出良好的催化活性，但高昂的制备成本限制了其进一步发展，且在全解水电催化中的催化性能还不乐观。为了提高电极材料的催化性能和实际应用能力，需要研究设计合成方法简单、低成本、良好的催化性能和导电性能的材料作为修饰电极材料，应用于全解水电催化反应当中。本专利技术所述的一种用于全解水电催化的双功能Co2-xNixO2纳米材料的制备方法是在本课题前期申请的专利201910764236.5，名称为一种CoNiO2热敏电阻粉体的并流共沉淀方法的基础上进一步改进。申请号201910764236.5主要采用并流共沉淀方法合成CoNiO2确定计量比的氧化物，即需要先在容器中加入部分水或别的介质溶液，使得搅拌可以搅动液体混合均匀，然后同时加入组分溶液和沉淀剂，但要控制好两组液体的流速来保持自己所需要的pH。而本专利技术一种用于全解水电催化的双功能Co2-xNixO2纳米材料的制备方法，主要是将混合盐溶液加到碱性溶液中，这样pH值由大变小，能保证Ni2+和Co2+都能同时沉淀下来，并且合成出非确定化学计量比的Co2-xNixO2纳米材料。该方法因沉淀剂过量，溶液中离子的浓度在不断减小，其浓度已超过溶度积常数，因而产物中各组分分散均匀。而并流共沉淀是将沉淀剂及盐溶液同时滴加入水溶液，其特点是沉淀制备的整个过程中，溶液中各离子的浓度相同。这样根据不同的共沉淀方法，即调控不同的pH值，可以制备出形貌、微观结构、比表面积有显著差异，而且可以有不同应用的Co2-xNixO2纳米材料。本专利技术所述一种用于全解水电催化的双功能Co2-xNixO2纳米材料的制备方法，该方法通过反向共沉淀与惰性气氛煅烧相结合的方法合成了Co2-xNixO2纳米材料，并首次将合成的材料用作全解水电催化的双功能电催化剂，同时合成的Co2-xNixO2纳米材料具有多孔六边形纳米片的形貌结构。
技术实现思路
本专利技术目的在于，提供一种用于全解水电催化的双功能高效Co2-xNixO2纳米材料的制备方法，该方法是由共沉淀法制备氢氧化物、煅烧制备Co2-xNixO2纳米材料和分散法制备Co2-xNixO2修饰工作电极材料步骤完成，通过本专利技术所述方法获得的Co2-xNixO2纳米材料不仅能实现对全解水的高效电催化，而且具有成本低廉、稳定性好、电阻率小、制备方法简单等优点。将合成的Co2-xNixO2纳米电极材料替代Pt/c、RuO2、IrO2等商用纳米电极材料，为解决全解水电极价格高昂、效率低下等问题，提供一种效果优良、便于推广应用的方法。本专利技术所述的一种用于全解水电催化的双功能高效Co2-xNixO2纳米材料的制备方法，按下列步骤进行：反向共沉淀法制备混合物：a、按镍和钴离子总浓度为0.1-0.5mol/L称取硝酸镍和硝酸钴混合，溶于去离子水中，均匀搅拌，配制成混合盐溶液，其中硝酸镍和硝酸钴质量比为0-1.0:1.0-2.0；硝酸镍和硝酸钴物质的量的和为2；b、再按沉淀剂与步骤a得到的混合盐溶液的摩尔比为1.0-2.0:1称取氢氧化钠、氨水、碳酸氢铵、草酸或氢氧化钾配成水溶液，再将配制的水溶液逐滴加入步骤a得到的混合盐溶液中，室温下磁力搅拌1-12h，静置沉淀12-48小时，抽滤洗涤至中性，在温度50-100℃下烘干6-12h得到沉淀，干燥研磨即得混合物；煅烧制备Co2-xNixO2纳米片：c、将步骤b得到的混合物在氮气或氩气中按升温速率0.5-5℃/分钟，升温至250-600℃，煅烧1-5小时，再按降温速率为0.5-5℃/分钟降至室温，研磨，过筛，得到Co2-xNixO2纳米片，其中x在0-1.0之间；分散法制备Co2-xNixO2修饰工作电极材料：d、将步骤b得到的Co2-xNixO纳米材料分散在体积比1.0-2.0:1的乙醇:水和聚四氟乙烯的混合溶液中，其中，聚四氟乙烯的体积分数为0.5％-10％，超声分散30min，配制成浓度为1-5mg/mL的Co2-xNixO2修饰电极材料，并将其修饰在泡沫镍、石墨电极、玻碳电极、铜箔或钛箔工作电极上。所制得的Co2-xNixO2材料形貌为多孔正六边形的纳米片结构。所述方法获得的Co2-xNixO2修饰电极材料在制备全解水的阳极和阴极进行析氧反应和析氢反应，其全解水过电势在450-700mV之间。本专利技术所述的一种用于全解水电催化的双功能Co2-xNixO2纳米材料的制备方法，该方法所制备的材料是一种新型的全解水电催化剂，且具有优异的全解水电催化性能。通过本专利技术所述方法获得的Co2-xNixO2修饰电极材料在用于全解水电催化中的步骤为：电催化设备主要采用三电极体系，由电化学工作站、电解池、工作电极、对电极和参比电极组成；采用铂丝作为对电极，银/氯化银作为参比电极，工作电极是由泡沫镍为基底，Co2-xNixO2/聚四氟乙烯修饰的泡沫镍电极为工作电极，电解池中的电解液为KOH溶液，浓度为1-5mol/L；需向电解液中通入纯O2使其达到氧饱和状态，通入O2的时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于全解水电催化的双功能Co

【技术特征摘要】
1.一种用于全解水电催化的双功能Co2-xNixO2纳米材料的制备方法，其特征在于按下列步骤进行：
反向共沉淀法制备混合物：
a、按镍和钴离子总浓度为0.1-0.5mol/L称取硝酸镍和硝酸钴混合，溶于去离子水中，均匀搅拌，配制成混合盐溶液，其中硝酸镍和硝酸钴质量比为0-1.0:1.0-2.0；硝酸镍和硝酸钴物质的量的和为2；
b、再按沉淀剂与步骤a得到的混合盐溶液的摩尔比为1.0-2.0:1称取氢氧化钠、氨水、碳酸氢铵、草酸或氢氧化钾配成水溶液，再将配制的水溶液逐滴加入步骤a得到的混合盐溶液中，室温下磁力搅拌1-12h，静置沉淀12-48小时，抽滤洗涤至中性，在温度50-100℃下烘干6-12h得到沉淀，干燥研磨即得混合物；
煅烧制备Co2-xNixO2纳米片：
c、将步骤b得到的混合物在氮气或氩气中按升温速率0.5-5℃/分钟，升温至250-600℃，煅烧1-5小时，再按降温速率为0...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈龙，李昊泉，靳鹏飞，史玉琳，蔺金鹏，付海海，范长春，吕恒，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：新疆;65