一种泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法，依次包括如下步骤：S1泡沫镍基材预处理、S2制备Ni3S2/NF前驱体、S3制备Fe2O3@Ni3S2/NF。本发明专利技术通过酸处理解决了NF表面含有氧化物杂质的问题，改性使负载材料易于在基底上生长，首先在NF表面刻蚀生长了Ni3S2纳米线，然后在纳米线表面生长了串球状的Fe2O3纳米颗粒，制得的Fe2O3@Ni3S2/NF材料具有高比表面积，使得电催化水分解产氧的效率显著提高，在高电流密度下具有很低的过电势，100mA/cm2的电流密度下过电势仅为223mV，在高电流密度下具有卓越的OER电催化性能；本发明专利技术成本低廉，易于控制及规模化，具有良好的工业化应用前景；同时适用性强，可推广到其他电催化器件的制备及规模化生产。电催化器件的制备及规模化生产。电催化器件的制备及规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及高效电催化水分解析氧反应(OER)催化剂的制备工艺，具体涉及一种泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]氢能是一种极为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高、清洁无污染、资源丰富、适用范围广等。开发氢能的关键技术包括两方面：一方面要解决制氢问题；另一方面要解决氢的贮存及运输问题。氢气能否广泛使用，制氢方法的选择至关重要。制氢方法主要包括电解水制氧、光解水制氢、矿物燃料制氢、生物质制氢、其它含氢物质制氢、各种化工过程副产氢气的回收等，其中水的电催化分解制氢是大规模生产氢的最主要途径。在电催化分解水过程中，OER过程是一个4电子转移过程，但是它却是整个电解水过程的关键。通过研究寻找合适的催化剂势在必行。
[0003]镍基催化剂制备成本低且容易得到，在工业应用前景上富有潜力。研究发现，单纯的镍金属材料并不能提供很高的催化活性，如果在材料表面设计维纳结构，会显著提高材料的电催化性能。这是因为载体能通过与催化剂发生相互作用来提高活性，或是为催化剂提供更多的接触面积等。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于，提供一种泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法，通过酸处理解决NF表面含有氧化物杂质的问题，改性使负载材料易于在基底上生长，首先在NF表面刻蚀生长了Ni3S2纳米线，然后在纳米线表面生长了串球状的Fe2O3纳米颗粒，制得的Fe2O3@Ni3S2/NF材料具有高比表面积，使得电催化水分解产氧的效率显著提高，在高电流密度下具有很低的过电势，100mA/cm2的电流密度下过电势仅为223mV。该方法对设计和制备高效水分解OER电催化剂具有重要意义。
[0005]本申请实施例公开了一种泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0006]S1泡沫镍基材预处理：将金属泡沫镍(NF)基材裁剪为1.0～4.0cm2的矩形，置于浓度为0.1～1.0M的盐酸中，超声处理5～30min，用超纯水清洗三次，以去除盐酸，最后用无水乙醇清洗，清洗完毕在真空烘箱烘干，得到预处理的泡沫镍基材；
[0007]S2制备Ni3S2/NF前驱体：分别量取16ml无水乙醇和16ml无水乙二胺，加入烧杯，磁力搅拌10min，以使无水乙醇和无水乙二胺均匀混合，随后加入2mmol升华硫，继续磁力搅拌10min，以使升华硫充分溶解，搅拌结束后，将混合溶液和步骤S1制备的预处理的泡沫镍基材一起转入50ml聚四氟乙烯内衬，置于反应釜并封装好，将反应釜置于恒温鼓风干燥箱，在160℃的温度下反应6h，反应结束后自然降温，取出样品，用超纯水多次清洗，随后再放入真空烘箱中烘干，得到Ni3S2/NF前驱体；
[0008]S3制备Fe2O3@Ni3S2/NF：将0.1～1.0mmol的FeCl2·
4H2O和0.1～1.0mmol六亚甲基
四胺溶于30～50ml超纯水，用玻璃棒搅拌溶解，将混合溶液与步骤S2制备的Ni3S2/NF前驱体一起转入50ml反应釜内衬，装好反应釜，置于鼓风干燥箱中，在60～100℃下反应3～6h，反应结束后自然降温，用超纯水多次清洗，清洗完毕在真空烘箱烘干，得到Fe2O3@Ni3S2/NF。
[0009]优选的，在上述的Fe2O3@Ni3S2/NF复合结构OER电催化剂的制备方法中，所述步骤S3中，得到的Fe2O3@Ni3S2/NF颗粒在纳米线上呈现串球状生长，颗粒的平均粒径为80～100nm。
[0010]与现有技术相比，本专利技术优势在于：
[0011]1、本专利技术通过酸处理解决了NF表面含有氧化物杂质的问题，改性使负载材料易于在基底上生长，首先在NF表面刻蚀生长了Ni3S2纳米线，然后在纳米线表面生长了串球状的Fe2O3纳米颗粒，制得的Fe2O3@Ni3S2/NF材料具有高比表面积，使得电催化水分解产氧的效率显著提高，在高电流密度下具有很低的过电势，100mA/cm2的电流密度下过电势仅为223mV，在高电流密度下具有卓越的OER电催化性能；
[0012]2、本专利技术成本低廉，易于控制及规模化，具有良好的工业化应用前景，同时适用性强，可推广到其他电催化器件的制备及规模化生产。
附图说明
[0013]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0014]图1(a
‑
d)实施例1制得的Fe2O3@Ni3S2/NF催化剂不同放大倍数的SEM图。
[0015]图2实施例1制得的Fe2O3@Ni3S2/NF电极材料的XRD图谱。
[0016]图3表征NF、Ni3S2/NF与实施例1制得的Fe2O3@Ni3S2/NF电极材料在1M KOH电解液中的析氧极化曲线。
[0017]图4实施例2制得的Fe2O3@Ni3S2/NF电极材料的SEM图及催化性能对比。图4(a
‑
c)显示的是0.2mmol、0.4mmol、0.6mmol的Fe
2+
加入摩尔量下制得样品的SEM照片。图4(d)为催化性能对比。
[0018]图5实施例3制得的Fe2O3@Ni3S2/NF电极材料的SEM图及催化性能对比。图5(a
‑
c)显示的是80℃、90℃、100℃条件下对应材料的表面形貌。图5(d)为催化性能对比。
具体实施方式
[0019]关于本专利技术的泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法，为了进一步理解本专利技术，下面结合实施例对本专利技术提供的电催化剂复合材料及其应用进行具体描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0020]实施例1
[0021]S1泡沫镍基材预处理：将金属泡沫镍(NF)基材裁剪为1.0cm
×
4.0cm的矩形，置于浓度为1.0M的盐酸中，超声处理10min，用超纯水清洗三次，以去除盐酸，最后用无水乙醇清
洗，清洗完毕在真空烘箱烘干，得到预处理的泡沫镍基材；
[0022]S2制备Ni3S2/NF前驱体：分别量取16ml无水乙醇和16ml无水乙二胺，加入烧杯，磁力搅拌10min，以使无水乙醇和无水乙二胺均匀混合，随后加入2mmol升华硫，继续磁力搅拌10min，以使升华硫充分溶解，搅拌结束后，将混合溶液和步骤S1制备的预处理的泡沫镍基材一起转入50ml聚四氟乙烯内衬，置于反应釜并封装好，将反应釜置于恒温鼓风干燥箱，在160℃的温度下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍负载Fe2O3@Ni3S2复合结构OER电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1泡沫镍基材预处理：将金属泡沫镍(NF)基材裁剪为1.0～4.0cm2的矩形，置于浓度为0.1～1.0M的盐酸中，超声处理5～30min，用超纯水清洗三次，以去除盐酸，最后用无水乙醇清洗，清洗完毕在真空烘箱烘干，得到预处理的泡沫镍基材；S2制备Ni3S2/NF前驱体：分别量取16ml无水乙醇和16ml无水乙二胺，加入烧杯，磁力搅拌10min，以使无水乙醇和无水乙二胺均匀混合，随后加入2mmol升华硫，继续磁力搅拌10min，以使升华硫充分溶解，搅拌结束后，将混合溶液和步骤S1制备的预处理的泡沫镍基材一起转入50ml聚四氟乙烯内衬，置于反应釜并封装好，将反应釜置于恒温鼓风干燥箱，在160℃的温度下反应6h，反应结束后自...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐少春，乔清山，张晟，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：