一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的制备方法及性能技术

一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极(B

【技术实现步骤摘要】
一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的制备方法及性能


[0001]本专利技术涉及一种电极的制备方法及性能。

技术介绍

[0002]日益增长的能源消耗和环境问题促使清洁能源的发展。作为一种清洁的碳中和能源载体，氢被认为是一种极具吸引力的化石燃料替代品。在理想情况下，氢是通过可再生清洁能源驱动的水分解产生的。通常，水分解通过两个基本的半反应进行：阴极的析氢反应(HER)和水氧化反应(也称为氧)阳极上的进化反应(OER)。与HER相比，OER过程涉及相对较高的反应能垒和电催化析氧的四电子机理决定了其反应过电位较大，反应速率较慢，电能消耗较大，导致电解制氢效率较低。因此，高活性的析氧电催化剂是突破成为高效节能全水裂解的瓶颈。所以迫切需要开发一种通过利用低成本非贵金属基析氧催化剂来探索替代性电催化剂。
[0003]锰氧化物(MnOx)作为自然光合作用中唯一的析氧催化活性中心，Mn具有其他金属无法比拟的固有催化析氧性能。尽管MnOx在驱动OER方面表现出巨大的前景，但由于其相对较低的固有活性、有限的可用活性中心和较差的导电性，其电催化活性仍无法与IrOx和RuOx催化剂相比。因此寻找一种合理的锰氧化物的制备路线以及改善其电催化活性迫在眉睫，使得电催化剂在提高OER性能中具有重要意义。
[0004]研究者们通过将客体阳离子与一系列金属阳离子(如K
+
、Na
+
、Mg
2+
、Zn
2+
、Ni
2+
和Co
2+<br/>离子)交换来控制层间性质的可能性，利用金属离子自身的导电性和催化活性，以此来可能改善电催化活性会促进OER性能。但是通过上述方法制得的催化剂电催化性能的提升作用有限。
[0005]目前，生物质碳材料是一种易得、低成本、无毒、生物相容性好的纳米材料，具有比表面积大、导电性好、电子转移能力强、电子存储能力强等优点。
[0006]本专利技术主要在制备的氧化锰中加入生物质硼掺杂碳球(B
‑
CS)，利用其高分散性和高导电性，增加电化学活性面积和增强稳定性，从而显著提高氧化锰的电催化析氧性能。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是要解决现有电催化剂价格高昂、材料来源匮乏、稳定性差、电化学性能低以及催化活性低的问题。而提供一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物电催化剂的制备方法及性能。
[0008]一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物电催化剂的制备方法，是按以下步骤完成的：
[0009]一、将剪好的泡沫镍浸入到适量的丙酮中超声进行清洗，去除表面油脂。得到除油后的泡沫镍。
[0010]二、将除油后的泡沫镍取出后浸入到盐酸溶液中超声清洗，去除表面氧化膜。得到
除表面氧化膜后的泡沫镍。
[0011]三、将除氧化膜后的泡沫镍取出后分别浸入到去离子水和乙醇中超声清洗，去除表面吸附离子。
[0012]四、将处理后的泡沫镍在真空条件下干燥待用。
[0013]五、将硼酸、淀粉和无水乙醇混合，得到分散系A；
[0014]步骤五中所述的硼酸的质量与无水乙醇体积比为(0.5g～5.0g):(5mL～50mL)；
[0015]步骤五中所述的淀粉的质量与无水乙醇的体积比为(0.5g～5.0g):(5mL～50mL)；
[0016]六、将得到分散系A进行水热处理，在80℃～200℃的密封不锈钢高压反应釜下中储存4h～48h。
[0017]七、待烘箱自然冷却至室温后，对液体样品进行水系微孔膜(孔径0.12μm～0.55μm)过滤，再在乙醇中透析2h～24h，得到碳球液体样品。
[0018]八、将得到碳球液体样品用旋转蒸发仪进行旋蒸得碳球固体。
[0019]九、将所得碳球固体在30℃～150℃烘干2h～48h之后研磨成固体粉末，得到碳球粉末样品。
[0020]十、将碳球、高锰酸钾和去离子水混合，再进行搅拌，得到混合溶液B；
[0021]步骤十中所述的碳球的质量与去离子水体积比为(0.01g～5.00g):(5mL～50mL)；
[0022]步骤十中所述的高锰酸钾的质量与去离子水的体积比为(0.1g～10.0g):(5mL～80mL)；
[0023]十一、将处理过泡沫镍放入得到混合溶液B中进行水热处理，在80℃～200℃的密封不锈钢高压反应釜下中储存4h
‑
48h。
[0024]十二、待烘箱自然冷却至室温后，用去离子水清洗负载催化剂的泡沫镍数次；
[0025]十三、将清洗负载催化剂的泡沫镍数次后在20℃～140℃下干燥4h～48h，得到由碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极。
[0026]一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极用于电催化析氧。
[0027]本专利技术的优点：
[0028]一、本专利技术提供一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的制备方法，其制备工艺简单易操作，成本低廉、设备投资少，适合推广应用；
[0029]二、本专利技术制备的生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极具有低析氧过电势、低塔菲尔斜率、高稳定性、导电性好，具有重要的理论和实用意义；
[0030]三、本专利技术提供一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极，具有氧化能力强、可控性高、反应条件温和、占地面积小及对环境无污染友好等优点；
[0031]四、利用本专利技术制备的硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极用于电催化析氧，副反应少，在达到10mA
·
cm
‑2的电流密度的情况下，其析氧性能的过电势为170mV，Tafel斜率为31.43mV dec
‑1。
[0032]本专利技术可获得一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极。
附图说明
[0033]图1为制备的生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的低倍扫描电镜图；
[0034]图2为制备的纯氧化锰催化剂电极的低倍扫描电镜图；
[0035]图3为制备的生物质硼掺杂碳球的低倍扫描电镜图；
[0036]图4为制备的生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的XPS谱图；
[0037]图5为制备的生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的XRD谱图，图4中1为二氧化锰标准卡，2为二氧化锰催化剂电极，3为制备的生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的XRD曲线；
[0038]图6为制备的生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的线性伏安扫描图；
[0039]图7为制备的生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的塔菲尔图。
具体实施方式
[0040]具体实施方式一：一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的制备方法，是按以下步骤完成的：
[0041]一、将剪好的泡沫镍浸入到适量的丙酮中超声进行清洗，去除表面油脂。得到除油后的泡沫镍。
[0042]二、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的制备方法，其特征在于一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的制备方法是按以下步骤完成的：(1)将剪好的泡沫镍浸入到适量的丙酮中超声进行清洗，去除表面油脂。得到除油后的泡沫镍。(2)将除油后的泡沫镍取出后浸入到盐酸溶液中超声清洗，去除表面氧化膜。得到除表面氧化膜后的泡沫镍。(3)将除氧化膜后的泡沫镍取出后分别浸入到去离子水和乙醇中超声清洗，去除表面吸附离子。(4)将处理后的泡沫镍在真空条件下干燥待用。(5)将硼酸、淀粉和无水乙醇混合，得到分散系A；步骤五中所述的硼酸的质量与无水乙醇体积比为(0.5g～5.0g):(5mL～50mL)；步骤五中所述的淀粉的质量与无水乙醇的体积比为(0.5g～5.0g):(5mL～50mL)；(6)将得到分散系A进行水热处理，在80℃～200℃的密封不锈钢高压反应釜下中储存4h～48h。(7)待烘箱自然冷却至室温后，对液体样品进行水系微孔膜(孔径0.12μm～0.55μm)过滤，再在乙醇中透析2h～24h，得到碳球液体样品。(8)将得到碳球液体样品用旋转蒸发仪进行旋蒸得碳球固体。(9)将所得碳球固体在30℃～150℃烘干2h～48h之后研磨成固体粉末，得到碳球粉末样品。(10)将碳球、高锰酸钾和去离子水混合，再进行搅拌，得到混合溶液B；步骤十中所述的碳球的质量与去离子水体积比为(0.01g～5.00g):(5mL～50mL)；步骤十中所述的高锰酸钾的质量与去离子水的体积比为(0.1g～10.0g):(5mL～80mL)；(11)将处理过泡沫镍放入得到混合溶液B中进行水热处理，在80℃～200℃的密封不锈钢高压反应釜下中储存4h
‑
48h。(12)待烘箱自然冷却至室温后，用去离子水清洗负载催化剂的泡沫镍数次；(13)将清洗负载催化剂的泡沫镍数次最后在20℃～140℃下干燥4h～48h，得到由碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极。2.根据权利要求1所述的一种生物质硼掺杂碳球诱导氧化锰复合物催化剂电极的制备方法，其特征在于步骤一中所述的泡沫镍宽为1cm～6cm，长为0.5cm～10.5cm。；步骤一中所述的除表面油脂超声清洗的时间为5min～60min，超声清洗的功...

【专利技术属性】
技术研发人员：董国华，孙贝贝，吴昊，张文治，于菲，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：