一种电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法技术

本发明专利技术公开一种电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：(1)将六水氯化镍、四水氯化亚铁和聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙二醇中，并超声分散均匀，得到混合溶液；(2)将所得混合溶液转入耐压反应管中，在180℃下反应10

【技术实现步骤摘要】
一种电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及工业阴离子交换膜电解水制氢析氧材料领域，具体地说是涉及一种阴离子交换膜电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法。

技术介绍

[0002]现有的电解水技术的类型及优缺点如下：
[0003]1.碱性电解水
[0004]作为最常见的电解水技术，碱性电解水技术成本较低，技术较为成熟，在国内外已经有大规模应用的实例，但电流密度较低，氢气和氧气气体交叉导致安全隐患和电解液浓度过高问题依然存在，导致了无法提升电解效率，且在低温环境下，碱性电解水技术电解效率显著降低。
[0005]2.质子交换膜电解水
[0006]作为近年来新兴的电解水制氢技术，质子交换膜电解水具有优良的性能，如高工作电流密度、低反应温度、能效高、体积小、响应快、浓度高等优点。此方法的缺点是成本过高，质子交换膜电解水通常阴极采用铂炭材料催化析氢，阳极采用氧化铱材料催化析氧。且目前尚无大型工业化的例子，仍主要处于实验室阶段，成本过高的问题限制了质子交换膜电解水技术的工业化应用。
[0007]3.固体氧化物电解水
[0008]基于固体氧化物电解水制氢具有成本低、环境友好、效率高等优点，根据电解质材料的不同，有两种类型的固体氧化物电解水：氧离子传导和质子传导。其中，氧离子传导具有在高温(800℃)下稳定运行的优点，但是一些关键问题没有得到解决，如电池长期稳定性差、层间扩散、制造和材料问题，导致固体氧化物电解水无法大规模应用。

技术实现思路

>[0009]基于上述技术问题，本专利技术提出一种电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法。
[0010]本专利技术所采用的技术解决方案是：
[0011]一种电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0012](1)选取六水氯化镍、四水氯化亚铁、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇为原料，将六水氯化镍、四水氯化亚铁和聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙二醇中，并超声30
‑
60min，分散均匀，得到混合溶液；
[0013](2)将步骤(1)中所得混合溶液转入耐压反应管中，在180
‑
198℃下反应10
‑
13h，随后取出耐压反应管，自然冷却至室温；
[0014](3)将步骤(2)中所得反应液取出，加入丙酮和乙醇多次离心洗涤；
[0015](4)将步骤(3)离心洗涤后得到的产物与炭黑混合，得到混合物；
[0016](5)将步骤(4)得到的混合物真空干燥，然后置于管式炉中，通入氧气焙烧，制备得
到电解水析氧用单分散镍铁纳米材料，或者说单分散纳米颗粒结构镍铁材料。
[0017]优选的，所述六水氯化镍和四水氯化亚铁的摩尔比为1
‑
1.6:0.4
‑
1。
[0018]优选的，所述六水氯化镍、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇的质量比为1
‑
1.6:0.4
‑
1:1
‑
2。
[0019]优选的，所述六水氯化镍与炭黑的用量比为1
‑
1.6mmol:42
‑
85mg。
[0020]优选的，所述炭黑选自VXC
‑
72、EC600JD和EC300JD中任意一种型号炭黑。
[0021]优选的，焙烧反应条件为：控制升温速率为2℃/min，升温至300
‑
400℃下焙烧1h。
[0022]上述电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的粒径在10nm以下。
[0023]本专利技术的有益技术效果是：
[0024]本专利技术提出一种新型阴离子交换膜电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法，该方法采用乙二醇还原体系，合成纳米颗粒结构的镍铁合金，采用镍铁按一定重量比混合进行反应，在180℃下采用乙二醇进行还原，同时添加聚乙烯吡咯烷酮作为生长诱导剂，促使纳米颗粒结构镍铁合金的生长。随后将其负载在炭黑上，对材料进行高温热处理，得到单分散性的镍铁纳米材料。采用此法制备的镍铁合金具有分散均匀，机械强度高的优点，此方法制备的纳米颗粒镍铁合金粒径在10nm以下，同时使其均匀分布在炭黑上，在保证了分散性的同时，兼具了较大的比表面积。在旋转圆盘电极上表现出较低的过电位，表明此法制备的镍铁纳米材料有优异的性能。
[0025]本专利技术制备的单分散镍铁纳米材料，析氧半反应过电位低，反应条件温和，成本低，效率高。
[0026]本专利技术不使用贵金属作析氧材料，采用单原子分散大大提高了材料的催化活性，同时稳定性良好，采用两步法制备纳米颗粒材料，并通过通入氧气等条件使其粒径控制在10nm以下，通过高温焙烧增加其稳定性；采用本方法制备的单分散镍铁纳米材料，可实现析氧材料的低成本应用。
附图说明
[0027]图1为本专利技术的工艺流程图；
[0028]图2为本专利技术实施例中制得单分散纳米颗粒结构镍铁材料的三电极体系性能测试图。
具体实施方式
[0029]下面结合附图与具体实施例对本专利技术作进一步说明。
[0030]实施例1
[0031]单分散纳米颗粒结构镍铁材料的制备方法，包括如下步骤：
[0032]1)将1.6mmol NiCl2·
6H2O、0.4mmol FeCl2·
4H2O和200mg PVP溶解在14ml乙二醇溶液中并超声分散均匀，得到混合溶液。
[0033]2)将步骤1)中所得混合溶液转入耐压反应管中，在180℃下进行反应，反应时间为10h，结束后，取出耐压反应管，自然冷却至室温，得到反应液。
[0034]3)将步骤2)得到的反应液，加入25ml丙酮和10ml乙醇进行6次离心洗涤，得到上层溶液为透明液体和下部有胶体状沉淀。
[0035]4)将步骤3)洗涤后的下部胶体状沉淀产物和84.6166mg EC600JD炭黑分别加入20ml乙醇超声分散1h，将沉淀产物和炭黑分别分散均匀。分散完成后，混合，搅拌12h，得到混合物。
[0036]5)将步骤4)中所得混合物真空干燥12h后在管式炉中通入氧气焙烧，焙烧条件为由室温开始梯度升温，升温速率为2℃/min，升温至300℃下焙烧1h，制备得到单分散性的纳米颗粒结构镍铁材料。
[0037]本实施例中的电解水催化析氧性能通过CHI760E工作站测得，采用析氧电极作为工作电极、碳棒和饱和甘汞电极组成三电极测试系统，在1mol/L氢氧化钾溶液中，扫速为5mV/s测试。
[0038]以本实施例制备的单分散纳米颗粒结构镍铁材料在10mA/cm2电流密度下，过电势可以达到259mV。表明该单分散纳米颗粒结构镍铁材料作为析氧电极具有优异的催化活性和稳定性，是高催化性能电解水析氧催化剂的潜在应用材料。
[0039]图2为本专利技术实施例中制得单分散纳米颗粒结构镍铁材料的三电极体系性能测试图，从图可以看到每个实施例的极化曲线和过电位。
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)选取六水氯化镍、四水氯化亚铁、聚乙烯吡咯烷酮和乙二醇为原料，将六水氯化镍、四水氯化亚铁和聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙二醇中，并超声分散均匀，得到混合溶液；(2)将步骤(1)中所得混合溶液转入耐压反应管中，在180℃下反应10
‑
13h，随后取出耐压反应管，自然冷却至室温；(3)将步骤(2)中所得反应液取出，加入丙酮和乙醇多次离心洗涤；(4)将步骤(3)离心洗涤后得到的产物与炭黑混合，得到混合物；(5)将步骤(4)得到的混合物真空干燥，然后置于管式炉中，通入氧气焙烧，制备得到电解水析氧用单分散镍铁纳米材料。2.根据权利要求1所述的一种电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法，其特征在于：所述六水氯化镍和四水氯化亚铁的摩尔比为1
‑
1.6:0.4
‑
1。3.根据权利要求1所述的一种电解水析氧用单分散镍铁纳米材料的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏，
申请(专利权)人：青岛创启新能催化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：