一种镍钴氢氧化物纳米片的制备方法及所制备的镍钴氢氧化物纳米片技术

本发明专利技术公开了一种镍钴氢氧化物纳米片的制备方法，将2

【技术实现步骤摘要】
一种镍钴氢氧化物纳米片的制备方法及所制备的镍钴氢氧化物纳米片


[0001]本专利技术涉及双金属氢氧化物纳米材料领域，具体涉及一种中空三角状镍钴氢氧化物纳米片的制备方法及由该方法制备的镍钴氢氧化物纳米片。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，能源危机和气候变化问题日益严重，促使人们对可持续的清洁能源进行探索。电催化水裂解被认为是最有前途的一种实现清洁、可持续能源的策略，但受到阳极反应——析氧反应(OER)缓慢动力学的阻碍，因此需要探索高效、低成本的催化剂以更好地提高OER活性。
[0003]目前，常用的OER电催化剂有贵金属(Pt,Ir,Ru等)基催化剂，但由于贵金属的储量少、价格昂贵，进一步阻碍了其大规模的应用。因此急需开发高效、低成本、稳定性强的催化剂来替代贵金属基催化剂。过渡金属、过渡金属氧化物以及过渡金属氢氧化物因成本低、稳定性好、易制得等优点，有望成为取代OER贵金属的催化剂。其中，NiCo氢氧化物由于可调的结构、合成简单的特点引起了人们的极大关注。尽管NiCo双金属氢氧化物电催化剂取得了很大的进展，但在OER方面仍面临着导电性差和催化活性低的问题。因此，优化NiCo双金属氢氧化物电催化剂以提高OER性能至关重要。专利技术专利申请CN 111921529A公开了一种镍钴金属有机骨架/镍钴金属氢氧化物异质材料的制备方法，通过采用尿素、镍盐、钴盐、对苯二甲酸、N,N
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二甲基甲酰胺等，然后经过反应釜、离心处理得到镍钴金属有机骨架/镍钴金属氢氧化物异质材料，该方法环境友好性较差。专利技术专利申请CN 112299494 A公开了一种镍钴氢氧化物材料的制备方法，通过采用镍盐、钴盐、氢氧化钠、氨水等，经过共沉淀长时间反应制备了镍钴氢氧化物材料。该催化剂的制备方法用到强碱，同时反应一般需要长达几十个小时的加热，耗时较长。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的之一是提供一种镍钴氢氧化物纳米片的制备方法，该方法简单便捷，环境友好，所制备的镍钴氢氧化物纳米片具有丰富的活性位点，对OER催化性能好，稳定性高。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取如下技术方案：
[0006]一种镍钴氢氧化物纳米片的制备方法，包括如下步骤：
[0007](a)将2
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甲基咪唑、钴盐分别溶于水得到溶液，将两种所述溶液混合并加入泡沫镍，搅拌后取出即得到在泡沫镍上负载的Co
‑
ZIF纳米片，所述Co
‑
ZIF纳米片在泡沫镍上的负载量为5～10mg
·
cm
‑2；
[0008](b)将所述在泡沫镍上负载Co
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ZIF纳米片和镍盐混合于乙醇中，恒温20～80℃搅拌1～10小时，取出即得到在泡沫镍上负载的镍钴氢氧化物纳米片，所述钴盐与所述镍盐的摩尔比为1:1～10。
[0009]优选的，所述钴盐选自Co(NO3)2·
6H2O、CoCl2·
6H2O、Co(NO3)2或C4H6CoO4·
4H2O；所述镍盐选自Ni(NO3)2·
6H2O、Ni(NO3)2、NiSO4或NiCl2。
[0010]优选的，所述Co
‑
ZIF纳米片在泡沫镍上的负载量为6～7mg
·
cm
‑2；所述钴盐与所述镍盐的摩尔比为1:7～8。
[0011]优选的，所述步骤(a)中持续搅拌3小时后得到所述在泡沫镍上负载的Co
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ZIF纳米片；将所述在泡沫镍上负载的Co
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ZIF纳米片和镍盐混合于乙醇中，恒温27℃搅拌1～2小时，得到所述在泡沫镍上负载的镍钴氢氧化物纳米片。
[0012]本专利技术还提供一种利用上述方法制备的镍钴氢氧化物纳米片，该镍钴氢氧化物纳米片为中空三角状结构。
[0013]上述制备方法中，以泡沫镍为基底，通过钴离子与2
‑
甲基咪唑的配位反应，制备Co
‑
ZIF(ZIF指沸石咪唑酯骨架结构化合物)三角状纳米片阵列而非纳米颗粒。然后再以Co
‑
ZIF为模板，在乙醇中与镍盐进行离子交换反应，得到由纳米薄片组成的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片。所制备的催化剂具有高的比表面积和粗糙度，有利于催化反应过程中更多活性位点的暴露，同时中空结构有利于提高反应物的传质效率，且有序的阵列结构可以为氧气气泡的排出提供通道。此外，镍的掺入能有效地调节材料的电子结构，从而获得优异的电催化性能。上述方法制备的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片催化剂无需任何粘结剂，在OER中催化性能好，稳定性强，能够明显改善OER的动力学，从而有助于克服电解水的阳极析氧反应缓慢动力学的瓶颈。
附图说明
[0014]图1是实施例1制备的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片的SEM谱图；
[0015]图2是实施例1制备的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片的TEM谱图；
[0016]图3是实施例1制备的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片的X
‑
射线光电子能谱(XPS)，图a、b分别对应Ni、Co两种元素的谱图；
[0017]图4是实施例1和比较例1、比较例2、比较例3制备的材料以2mVs
‑1的扫描速率在1MKOH溶液中的极化曲线；
[0018]图5是实施例1制备的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片在恒电压下保持10小时稳定性测试曲线；
[0019]图6是实施例1制备的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片的X
‑
射线衍射谱(XRD)。
具体实施方式
[0020]下面通过优选的实施例对本专利技术做进一步说明：
[0021]实施例1：中空三角状镍钴氢氧化物纳米片的制备方法实例1
[0022]将1314mg的2
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甲基咪唑(C4H6N2)、582mg六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)分别溶于40mL超纯水中，将两种溶液混合后加入干净的泡沫镍，持续搅拌3小时，得到Co
‑
ZIF纳米片(本步骤中Co
‑
ZIF纳米片在泡沫镍上的负载量为7mg
·
cm
‑2，即每平方厘米泡沫镍表面上负载7mgCo
‑
ZIF纳米片)。
[0023]将所得的在泡沫镍上负载的Co
‑
ZIF纳米片与六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)混合于乙醇中，上步所用六水合硝酸钴(Co(NO3)2·
6H2O)与本步六水合硝酸镍(Ni(NO3)2·
6H2O)
的摩尔比为1:8，在27℃搅拌1小时，最终得到泡沫镍上负载的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片材料。
[0024]将实施例1得到的负载在泡沫镍上的中空三角状镍钴氢氧化物纳米片材料分别做SEM、TEM、XPS、XRD谱图，并分别如图1、2、3、6所示。由图1可知，中空镍钴氢氧化物纳米片的形貌为由纳米薄片组成的三角状中空纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍钴氢氧化物纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(a)将2
‑
甲基咪唑、钴盐分别溶于水得到溶液，将两种所述溶液混合并加入泡沫镍，搅拌后取出即得到在泡沫镍上负载的Co
‑
ZIF纳米片，所述Co
‑
ZIF纳米片在泡沫镍上的负载量为5～10mg
·
cm
‑2；(b)将所述在泡沫镍上负载Co
‑
ZIF纳米片和镍盐混合于乙醇中，恒温20～80℃搅拌1～10小时，取出即得到在泡沫镍上负载的镍钴氢氧化物纳米片，所述钴盐与所述镍盐的摩尔比为1:1～10。2.如权利要求1所述的镍钴氢氧化物纳米片的制备方法，其特征在于，所述钴盐选自Co(NO3)2·
6H2O、CoCl2·
6H2O、Co(NO3)2或C4H6CoO4·
4H2O；所述镍盐选自Ni(NO3)2·...

【专利技术属性】
技术研发人员：张競方，张红娟，葛文静，
申请(专利权)人：河北农业大学，
类型：发明
国别省市：