一种具有核壳结构的NiCo-LDH/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极制造技术

本发明专利技术公开了一种具有核壳结构的NiCo

【技术实现步骤摘要】
一种具有核壳结构的NiCo
‑
LDH/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极


[0001]本专利技术属于电极材料
，具体涉及一种具有核壳结构的NiCo
‑
LDH/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着经济社会的快速发展，日益严峻的化石能源短缺和环境污染问题促使人们寻求可持续、清洁的能源储存和转换系统。其中，由阴极和阳极组成的电催化系统由于其便捷、高效的特点受到了科学家的广泛青睐，成为能源转化领域的明星。在电催化裂解水系统中包括两个半反应：阴极的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)和阳极的析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)。HER是双电子过程，然而，OER是四电子氧化还原反应，需要在较高的过电势下进行，因而显出了缓慢的动力学特征，成为了整个水分解的主要瓶颈。发展高活性的催化剂，加快反应动力学，降低其过电位，对于提高整个系统的能量转化效率具有极其重要的意义。
[0003]目前，二氧化铱(IrO2)、二氧化钌(RuO2)和铂(Pt)被认为是对OER和HER最有效催化剂，但是成本高、稳定性差等问题影响了它们在催化剂领域的商业应用。因此，进一步开发低成本、高催化性能、优异稳定性的催化剂，成为新能源领域急需解决的问题。以Ni、Co、Fe等过渡金属材料作为析氧、析氢反应催化剂由于其廉价、环境友好、高催化活性且耐久性的优点，被大家广泛研究。多金属氢氧化物催化剂领域中研究最多的是双金属氢氧化物，其中NiCo层状双金属氢氧化物成本低，环境友好，价态丰富。具有合适掺杂比的NiCo层状双金属氢氧化物对电解水具有重大的意义。
[0004]导电基底与材料相结合，可以提高其电解质的传输效率。且刻蚀泡沫镍之后，泡沫镍表面变得粗糙，电化学活性面积增大，有利于负载样品。将材料制备成纳米结构，具有比表面积大、结构尺寸小的特点，3D核壳结构结合了1D和2D纳米结构的优点。3D核壳结构的复合材料可以提高电极的导电性，增大比表面积，以增大与电解液的接触面积，提高了材料的性能。且操作过程简单方便，易于控制。虽然核壳结构提供了很好的导电性，但是一般所使用的电沉积法制备壳沉积速度过快，不好控制。另外所选择的材料有些成本过高，表现出的OER催化性能还不能与贵金属的性能相媲美。因此，进一步探索导电性优异且价格廉价的过渡金属纳米核壳结构电极并优化其制备工艺具有重要的研究和应用意义。

技术实现思路

[0005]专利技术的主要目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种具有核壳结构的NiCo层状双金属氢氧化物/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极，该电极可表现出优异的电化学性能、机械强度和稳定性能，且涉及的制备方法简单、成本较低；可应用于新能源以及催化剂等领域，具有较高的实用性和经济性。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种具有核壳结构的NiCo
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LDH(NiCo层状双金属氢氧化物)/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极，它以泡沫镍为基底，包括在泡沫镍基底表面生长的(Ni，Fe)(OH)2纳米突起内核，及负载在其表面的NiCo层状双金属氢氧化物壳层；其中(Ni，Fe)(OH)2纳米突起内核中包含铜单质。
[0008]上述方案中，纳米突起的宽度为10～20nm。
[0009]上述一种具有核壳结构的NiCo
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LDH/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极的制备方法，包括如下步骤：
[0010]1)(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍电极核的制备:将洁净的泡沫镍基底置于稀酸溶液中刻蚀，洗涤后浸泡于水中，滴加铜盐溶液，反应一段时间后取出洗涤干燥，在泡沫镍基底表面形成负载铜单质的Ni(OH)2纳米突起结构(泡沫镍经盐酸刻蚀形成粗糙表面，随后浸泡在水中，水中含有氢氧根离子，在泡沫镍上原位生长形成氢氧化镍；同时引入的铜离子与泡沫镍发生置换反应，以单质的形式沉积在泡沫镍和后续反应得到的氢氧化镍突起上)；然后将所得产物置于铁盐溶液中进行浸泡处理，洗涤干燥后，得具有纳米突起结构的(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍内核；
[0011]2)NiCo层状双金属氢氧化物电极壳的制备:将所得具有纳米突起结构的(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍内核与镍盐、钴盐、尿素、水混合均匀，进行水热反应，冷却至室温后洗涤干燥，在(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍内核表面生成NiCo层状双金属氢氧化物壳层，即得所述具有核壳结构的NiCo层状双金属氢氧化物/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极。
[0012]上述方案中，步骤1)中所述稀酸溶液可采用稀盐酸或稀硫酸等；其浓度为1～3mol/L。
[0013]上述方案中，所述刻蚀时间为0.5～3h。
[0014]上述方案中，所述铜盐溶液的浓度为0.01～0.1mol/L，在反应过程中分次滴加至含刻蚀后泡沫镍基底的水中，引入的铜离子总含量与泡沫镍基底的质量比为1:(10～1000)。
[0015]上述方案中，所述铜盐可选择硫酸铜、氯化铜或硝酸铜等。
[0016]上述方案中，步骤1)浸泡于水中，期间滴加铜盐，反应时间为6～36h。
[0017]上述方案中，所述铁盐溶液的浓度为0.1～0.3mol/L；铁盐可选择硝酸铁、氯化铁或硫酸铁等。
[0018]上述方案中，所述铁盐浸泡处理时间为0.5～2h。
[0019]上述方案中，步骤2)中所述镍盐、钴盐、尿素摩尔比为1:(1～3):(3～10)。
[0020]上述方案中，步骤2)中所述镍盐的浓度范围为0.0125～0.05mol/L。
[0021]上述方案中，所述水热反应温度为120～180℃，反应时间为6～18h。
[0022]优选地，所述步骤(1)超声清洗的步骤如下：将泡沫镍裁剪成2*5cm的大小，依次浸泡于无水乙醇、去离子水中进行超声清洗，每次浸泡10min。
[0023]根据上述方案制备的NiCo层状双金属氢氧化物/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极，该电极具有核壳结构，有利于电子传输速率，具有优异的电化学性能，并具有良好的机械强度以及稳定性。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：
[0025]1)本专利技术所得NiCo层状双金属氢氧化物/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极具有核
壳结构，有利于电子的传输，提高电化学性能；其中在Ni(OH)2纳米突起的反应过程中滴加铜盐溶液，引入的少量铜粒子可提高所得复合材料的导电性；同时通过自离子交换形成(Ni，Fe)(OH)2，交换引入的铁元素，可调控镍的价态分布，进一步提高导电性；NiCo层状双金属氢氧化物作为负载的壳层增大了比表面积，促进电解质的传输且不影响气体的消散，与内核具有很好的机械强度和协同效应，并进一步提高导电性。
[0026]2)本专利技术所得复合电极具有优本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有核壳结构的NiCo
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LDH/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极，其特征在于，它以泡沫镍为基底，以在泡沫镍基底表面生长得到的(Ni，Fe)(OH)2纳米突起为内核，以负载在(Ni，Fe)(OH)2纳米突起表面的NiCo层状双金属氢氧化物为外壳；其中(Ni，Fe)(OH)2纳米突起内核中包含铜单质。2.根据权利要求1所述的复合电极，其特征在于，纳米突起的宽度为10～20nm。3.权利要求1或2所述具有核壳结构的NiCo
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LDH/(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍复合电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：1)(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍电极核的制备:将洁净的泡沫镍基底置于稀酸溶液中刻蚀，洗涤后浸泡于水中，滴加铜盐溶液，反应一段时间后取出洗涤干燥，在泡沫镍基底表面形成负载铜单质的Ni(OH)2纳米突起结构；然后将所得反应产物置于铁盐溶液中进行浸泡处理，洗涤干燥后，得具有纳米突起结构的(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍内核；2)NiCo层状双金属氢氧化物电极壳的制备:将所得(Ni，Fe)(OH)2/泡沫镍内核与镍盐、钴盐、尿素、水混合均匀...

【专利技术属性】
技术研发人员：王升高，方晗，田爽，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：