枝叶型异质结构全解水催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种枝叶型异质结构全解水催化剂的制备方法，包括以下步骤：利用泡沫镍片制备NiMoO4纳米棒；利用NaH2PO2与NiMoO4纳米棒制备NiMo

【技术实现步骤摘要】
枝叶型异质结构全解水催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及清洁可再生氢能源的电解水高效制备领域，特别是高性能稳定全解水催化剂领域中的过渡金属枝叶型异质结构催化剂的制备方法。

技术介绍

[0002]为了解决当今社会发展中的化石能源消耗和伴随而来的环境污染问题，许多研究都在注重与寻找清洁可持续的能源形式。氢能是一种清洁、高效和可持续的能源形式，因此被认为是一种非常有前景的能源，对于解决当今的能源和环境问题很有帮助。而通过电解水可以可持续地生产氢能，并且此种方式产物易于分离，因此获得的氢气更加纯净，所以是一种绝佳的产氢方式。在电解水过程中，主要在阳极发生析氧反应(OER)和在阴极发生析氢反应(HER)，理论上驱动电解水反应发生所需要的热力学电位为1.23V，但在实际中，因为两极反应过程中存在的各种能量势垒，不可避免地需要更多的能量完成所有反应步骤，因此需要高于1.23V的电位来完成整个电解水过程，超过1.23V的电位就被称为过电势(η)。在至今的研究中，贵金属基催化剂依旧具有最佳的催化性能和稳定性，如Pt基金属用于催化HER而Ir,Ru氧化物用于催化OER。但是这些贵金属在自然界中储量稀少且价格昂贵，因此无法做到生产上大规模应用。在自然界中储量丰富的过渡金属因为存在多样的组成和丰富的电子结构，因此易于通过不同处理方式来调节其性能，如掺杂、异质结构、单原子、界面调节等。此外，最近的许多研究还通过制备这些过渡金属的氧化物、硫化物、磷化物、氮化物和硒化物等形式进一步优化材料的催化性能。但许多研究都只针对于提高材料在催化OER或HER中某一反应的性能提升，而当材料同时具有催化OER和HER的优异性能时则更具有现实应用意义，因此研究双功能电解水催化剂成为越来越多研究人员关注的重点。
[0003]现有的NiMoO4结合NiFe
‑
LDH枝叶型催化剂，其尚存在的缺陷是导电性能差，并且稳定性不高，难以在较大电流密度下保证高性能和高稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的问题是提供一种稳定高效的枝叶型异质结构NiMo
‑
P@CoFe
‑
LDH全解水催化剂的制备方法。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种枝叶型异质结构全解水催化剂(NiMo
‑
P@CoFe
‑
LDH)的制备方法，包括以下步骤：
[0006]1)、NiMoO4纳米棒的制备：
[0007]1.1)、将泡沫镍裁剪成片状，清洗后干燥；
[0008]例如为(2
±
0.2)cm
×
(4
±
0.4)cm的片状；
[0009]1.2)、将Ni(NO3)2·
6H2O、Na2MoO4·
2H2O与水混合，得混合液；
[0010]所述混合液中，Ni(NO3)2·
6H2O、Na2MoO4·
2H2O的浓度均分别为0.05
±
0.005M；
[0011]1.3)、将步骤1.1)所得清洗干燥后的泡沫镍片浸渍到步骤1.2)所得的混合液中，再整体转移至水热釜(聚四氟乙烯反应釜)中，密封后于160
±
20℃加热6
±
0.5h；反应结束
冷却至室温后，先清洗、再真空干燥，得负载纳米棒的泡沫镍片；
[0012]例如，可选1片清洗干燥后的泡沫镍片浸渍到约50ml混合液中；
[0013]1.4)、将步骤1.3)所得的负载纳米棒的泡沫镍片在惰性气体(Ar气氛)中于500
±
50℃下热处理3
±
0.5h，得NiMoO4纳米棒；
[0014]此步骤1.4)的热处理是为了保证结晶性更好；
[0015]2)、NiMo
‑
P纳米棒的制备：
[0016]称量NaH2PO2置于瓷舟中，取步骤1.4)所得的NiMoO4纳米棒(作为样品)置于另一瓷舟中；
[0017](2
±
0.2)cm
×
(4
±
0.4)cm的泡沫镍片制备而得的NiMoO4纳米棒，配用800
±
80mg的NaH2PO2；
[0018]将两个瓷舟转移到管式炉中，在惰性气体(Ar气氛)中于500
±
50℃下进行热处理3
±
0.5h，得到NiMo
‑
P纳米棒(负载有NiMo
‑
P纳米棒的泡沫镍片)；
[0019]说明：将盛有NaH2PO2的瓷舟置于上风向，两个瓷舟间距一定距离(约为5～7cm)；
[0020]3)、枝叶型异质结构NiMo
‑
P@CoFe
‑
LDH的制备：
[0021]3.1)、将Co(NO3)2·
6H2O、FeSO4·
7H2O和水混合形成溶液，所述溶液中Co(NO3)2·
6H2O、FeSO4·
7H2O的浓度均为0.01
±
0.001M，将溶液除氧(通入惰性气体，例如通入Ar 15min，从而实现除氧)，得电沉积溶液(电解液)；
[0022]3.2)、将电沉积溶液倒入电解池中，NiMo
‑
P纳米棒裁剪成小片(1
×
1cm
‑2矩形)后，采用恒电压的方法沉积，沉积时间为300
±
60s；
[0023]沉积结束后水洗、真空干燥，得枝叶型异质结构全解水催化剂。
[0024]说明：此步骤中，可使用CHI660E电化学工作站，采用三电极系统，以裁剪后的样品片为工作电极，铂片为对电极，Ag/AgCl电极为参比电极，在
‑
1.0V的电位下分别沉积不同的时间获得不同的样品；电沉积完成后，使用去离子水超声清洗样品数分钟，然后转移到60℃真空烘箱中隔夜干燥。
[0025]作为本专利技术的枝叶型异质结构全解水催化剂的制备方法的改进：所述步骤3.2)的采用恒电压的方法沉积：参比电极为Ag/AgCl电极，沉积电压为
‑
1V。
[0026]作为本专利技术的枝叶型异质结构全解水催化剂的制备方法的进一步改进：
[0027]所述步骤1.3)的真空干燥为：于60
±
5℃真空烘箱中12～24h；
[0028]所述步骤3.2)的真空干燥为：于60
±
5℃真空烘箱中12～24h。
[0029]作为本专利技术的枝叶型异质结构全解水催化剂的制备方法的进一步改进：
[0030]所述步骤1.1)中，将泡沫镍裁剪成(2
±
0.2)cm
×
(4
±
0.4)cm的片状；所述清洗为：分别用3M盐酸溶液、无水乙醇和水进行超声清洗；清洗后的泡沫镍片干燥(常规烘干)。
[0031]作为本专利技术的枝叶型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.枝叶型异质结构全解水催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)、NiMoO4纳米棒的制备：1.1)、将泡沫镍裁剪成片状，清洗后干燥；1.2)、将Ni(NO3)2·
6H2O、Na2MoO4·
2H2O与水混合，得混合液；所述混合液中，Ni(NO3)2·
6H2O、Na2MoO4·
2H2O的浓度均分别为0.05
±
0.005M；1.3)、将步骤1.1)所得清洗干燥后的泡沫镍片浸渍到步骤1.2)所得的混合液中，再整体转移至水热釜中，密封后于160
±
20℃加热6
±
0.5h；反应结束冷却至室温后，先清洗、再真空干燥，得负载纳米棒的泡沫镍片；1.4)、将步骤1.3)所得的负载纳米棒的泡沫镍片在惰性气体中于500
±
50℃下热处理3
±
0.5h，得NiMoO4纳米棒；2)、NiMo
‑
P纳米棒的制备：称量NaH2PO2置于瓷舟中，取步骤1.4)所得的NiMoO4纳米棒置于另一瓷舟中；(2
±
0.2)cm
×
(4
±
0.4)cm的泡沫镍片制备而得的NiMoO4纳米棒，配用800
±
80mg的NaH2PO2；将两个瓷舟转移到管式炉中，在惰性气体中于500
±
50℃下进行热处理3
±
0.5h，得到NiMo
‑
P纳米棒；3)、枝叶型异质结构NiMo
‑
P@CoFe
‑
LDH的制备：3.1)、将Co(NO3)2·
6H2O、FeSO4·
7H2O和水混合形成溶液，所述溶液中Co(NO3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴忠，刘富，王凡，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：