一种非晶过渡金属基催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种非晶过渡金属基催化剂及其制备方法，在过渡金属盐溶液中加入碱和导电碳黑，得到混合溶液；将混合溶液进行冷冻干燥，冷冻干燥后进行多次水洗，离心，干燥，得到非晶过渡金属基催化剂，该方法分别以过渡金属盐溶液为前驱体，以导电碳黑为载体，采用碱将金属离子沉淀至碳黑基底上，采用冷冻干燥的方法即可制备出非晶的单元、两元和多元过渡金属催化剂；本发明专利技术的制备方法简便高效、经济绿色、适合放大进行工业化生产，且制备所得的催化剂具有良好的电催化析氧活性和稳定性，在电化学领域有着极具潜力的应用前景。领域有着极具潜力的应用前景。领域有着极具潜力的应用前景。

An amorphous transition metal based catalyst and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种非晶过渡金属基催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，具体属于一种非晶过渡金属基催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]电解水产氢是一种具有极具潜力的制氢手段，但是限制于其阳极的析氧反应。若想进一步提升电解水产氢的效率，必须研制出高效稳定低成本的催化剂以满足电解水产氢的实际需求。尽管氧化钌、氧化铱等贵金属基催化剂具有良好的析氧活性，但是其价格高昂和稳定性差限制了其大规模应用。因此，科研工作者们尝试研发出成本低廉、具有优异催化活性的材料。
[0003]与贵金属相比，第三周期过渡金属地壳含量相对丰富、价格低廉，因而收到了广泛关注。研究表明过渡金属层状氢氧化物、氧化物和羟基氧化物等具有优异的电解水分解性能。例如，超薄的Ni
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Fe氢氧化物纳米片展现出优异的电催化析氧性能，在10mA/cm2的电流密度下，过电位仅为280mV(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,172)。与晶态催化剂相比，由于周期性的破坏使非晶催化剂中的原子具有更高的催化活性，例如非晶NiFeMo氧化物表现出比其晶态更高的析氧活性(Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,15772)。然而非晶催化剂的制备方法多为电沉积、磁控溅射等，这些手段往往需要苛刻的制备条件且不易于进行大规模的生产。因此，有必要发展一种简单、低成本、可大量制备非晶过渡金属基催化剂的方法。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种非晶过渡金属基催化剂及其制备方法，制备方法简易高效，源材料廉价易得，可制备出非晶的单元、两元和多元过渡金属催化剂，在电催化领域具有极大的应用价值。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种非晶过渡金属基催化剂制备方法，具体步骤如下：
[0006]S1在过渡金属盐溶液中加入碱和导电碳黑，得到混合溶液；
[0007]S2将混合溶液进行冷冻干燥，冷冻干燥后进行多次水洗，离心，干燥，得到非晶过渡金属基催化剂。
[0008]进一步的，步骤S1中，过渡金属盐溶液为氯化盐或硝酸盐，所述氯化盐包括氯化铁、氯化镍、氯化钴、氯化铜和氯化锰；所述硝酸盐包括硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰和硝酸铜。
[0009]进一步的，步骤S1中，过渡金属盐溶液为单金属盐溶液、双金属盐溶液或多金属盐溶液。
[0010]进一步的，步骤S1中，双金属和多金属盐溶液中各金属用量为任意比例。
[0011]进一步的，步骤S1中，过渡金属盐溶液中金属离子的总浓度为0.01mol/L～1mol/L。
[0012]进一步的，步骤S1中，所述碱为氢氧化钠或氢氧化钾，混合溶液中氢氧化钠或氢氧化钾的浓度为0.1mol/L～1mol/L。
[0013]进一步的，步骤S1中，混合溶液中导电炭黑的浓度为0.1mol/L～1.5mol/L。
[0014]进一步的，步骤S2中，冷冻干燥的时间为5h～40h。
[0015]进一步的，步骤S2中，离心时的转速为6000rpm～11000rpm，时间为5min～25min。
[0016]进一步的，步骤S2中，所述真空干燥的时间为3h～24h，温度为40℃～80℃。
[0017]本专利技术还提供一种非晶过渡金属基催化剂，由上述制备方法得到。
[0018]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0019]本专利技术提供一种非晶过度金属基催化剂的制备方法，以过渡金属盐溶液为前驱体，以导电碳黑为载体，采用碱将金属离子沉淀至碳黑基底上，采用冷冻干燥的方法即可制备出非晶的单元、两元和多元过渡金属催化剂，本专利技术的制备方法简易高效，源材料廉价易得，对环境友好，产物的产量较高，纯度较高，且均一性良好，在电催化领域具有极大的应用价值。
[0020]进一步的，本专利技术采用冷冻干燥方法制备的非晶过渡金属催化剂的组分可调，含量可控，非晶特征明显。
[0021]进一步的，与以往文献报道的镍基或铁基等催化剂以及商业氧化钌催化剂的析氧性能相比，本专利技术制备的非晶过渡金属催化剂的催化性能卓越且具有良好的稳定性，在电化学方面具有很好的应用前景。
[0022]本专利技术采用新颖、简便、高效的合成手段，以廉价易得的化学试剂为原材料，制备出具有优良电催化性能的纳米催化剂。
附图说明
[0023]图1是实施例1所得非晶镍铁催化剂的XRD图。
[0024]图2是实施例1所得非晶镍铁催化剂的TEM图。
[0025]图3是实施例1所得非晶镍铁催化剂的孔径分布图。
[0026]图4是实施例1所得非晶镍铁催化剂与商业氧化钌(RuO2)催化剂的析氧极化曲线。
[0027]图5是实施例1所得非晶镍铁催化剂的长时间稳定性。
[0028]图6是实施例2
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5所得催化剂的析氧极化曲线。
[0029]图7是实施例10所得非晶镍铁铜催化剂的XRD图。
[0030]图8是实施例10所得非晶镍铁铜催化剂的析氧极化曲线。
具体实施方式
[0031]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0032]本专利技术提供一种非晶过渡金属基催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0033]步骤1，将过渡金属的氯化盐或硝酸盐加入到超纯水中，搅拌均匀得到总浓度为0.01～1mol/L过渡金属盐溶液；
[0034]步骤2，向步骤1得到的过渡金属盐溶液中加入浓度为0.1～1mol/L氢氧化钠或氢氧化钾、浓度为0.1～1.5mol/L导电碳黑，在20～90W，20～120KHz条件下超声使其均匀分
散；
[0035]步骤3，将步骤2中得到的混合液先进行预冷冻，然后冷冻干燥5～40h，待干燥后，进行多次水洗后离心，在40～80℃真空干燥3～24h，得到非晶过渡金属基催化剂。
[0036]优选的，步骤1中，过渡金属为氯化盐或硝酸盐，具体为可以为氯化铁、氯化镍、氯化钴、氯化铜、氯化锰、硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰和硝酸铜中的任意一种或者任意几种。
[0037]优选的，过渡金属盐溶液可以为单金属盐溶液、双金属盐溶液或多金属盐溶液，最终制备得到不同组元的非晶过渡金属基催化剂。
[0038]优选的，双金属和多金属盐溶液中各金属的比例任意调控。
[0039]步骤3中，离心时的转速度为6000～11000rpm，时间为5～25min。
[0040]实施例1
[0041]1将NiCl2·
6H2O和FeCl3·
6H2O搅拌溶解于超纯水中，溶解后NiCl2和FeCl3的浓度均为0.13mol/L；
[0042]2向上述溶液中加入NaOH和导电碳黑得到混合悬浊液，分散后NaOH的浓度为0.52mol/L，导电碳黑的浓度为0.74mol/L；
[0043]3将上述混合悬浊液进行超声，然后转移至冰箱进行冷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非晶过渡金属基催化剂制备方法，其特征在于，具体步骤如下：S1在过渡金属盐溶液中加入碱和导电碳黑，得到混合溶液；S2将混合溶液进行冷冻干燥，冷冻干燥后进行多次水洗，离心，干燥，得到非晶过渡金属基催化剂。2.根据权利要求1所述的一种非晶过渡金属基催化剂制备方法，其特征在于，步骤S1中，过渡金属盐溶液为氯化盐或硝酸盐，所述氯化盐包括氯化铁、氯化镍、氯化钴、氯化铜和氯化锰；所述硝酸盐包括硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴、硝酸锰和硝酸铜。3.根据权利要求1所述的一种非晶过渡金属基催化剂制备方法，其特征在于，步骤S1中，过渡金属盐溶液为单金属盐溶液、双金属盐溶液或多金属盐溶液，所述双金属和多金属盐溶液中各金属用量为任意比例。4.根据权利要求1所述的一种非晶过渡金属基催化剂制备方法，其特征在于，步骤S1中，过渡金属盐溶液中金属离子的总浓度为0.01mol/L～1mol/L。5.根据权利要求1所述的一种非晶过渡金属基催...

【专利技术属性】
技术研发人员：江瑞斌，王忠科，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：