一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法及其应用方法技术

本发明专利技术涉及电极催化材料技术领域，具体涉及一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法及其应用方法。其技术要点如下：采用NiCu(bdc)(ted)

Preparation method and application method of bimetallic nickel copper oxide / alloy composite with spherical superstructure

【技术实现步骤摘要】
一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法及其应用方法


[0001]本专利技术涉及电极催化材料
，具体涉及一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法及其应用方法。

技术介绍

[0002]由于析氧反应(OER)动力学缓慢，工业电解槽的实际析水工作电压通常在1.80V以上，限制了整体反应速率和析水能量转换效率。解决这一问题的一种有效方法是用更快速的小分子氧化反应(如醇、胺、醛、肼和尿素的氧化)取代缓慢的OER。目前，甲醇氧化反应(MOR)和尿素氧化反应 (UOR)因其较低的热力学电压而被认为是OER制氢的理想替代品。此外，甲醇和尿素具有亲水性好、安全、成本低、易获得等优点。
[0003]尽管贵金属氧化物、氢氧化物、硫化物、磷化物和硼化物是MOR/UOR 最重要的材料，但是它们的稀缺程度和高昂成本使它们不能被大规模地应用，而非贵金属如Fe、Ni、Co的电催化性能和稳定性较差，无法满足甲醇或尿素的电解氧化反应。
[0004]有鉴于上述现有电催化剂存在的缺陷，本专利技术人基于从事此类材料多年丰富经验及专业知识，配合理论分析，加以研究创新，开发一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法及其应用方法。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法，对前驱体在氮气氛围内进行煅烧后，一步合成了金属氧化物与合金结合的复合材料，将其作为电化学催化剂时，金属氧化物与合金之间能够产生协同作用，大幅提高电催化效率的同时，提高了电化学催化剂在甲醇或尿素氧化电解液中的稳定性，具有产业价值。
[0006]本专利技术的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
[0007]本专利技术提供的一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法，采用NiCu(bdc)(ted)
0.5
作为前驱体，在惰性氛围下煅烧得到球状超结构的NiO
‑
CuO/NiCu。
[0008]本专利技术提供的NiCu(bdc)(ted)
0.5
主要由大块褶皱、边缘略微卷曲的纳米片组成。这些褶皱的纳米片以不同的方向相互连接，然后形成均匀的3D花状形态。经过400℃的高温煅烧后，NiCu(bdc)(ted)
0.5
和Ni(bdc)(ted)
0.5
内部褶皱的纳米片亚基转变为三维球状超结构，而Cu(bdc)(ted)
0.5
内部较厚的纳米片则演变为不规则网状结构，在热解过程中，一部分金属离子被氧化为 NiO
‑
CuO，另一部分金属离子被还原为NiCu合金形成了NiO
‑
CuO/NiCu的超结构。
[0009]很多报道都已报道过复合金属催化剂，但这些复合催化剂主要是复合金属氧化物或者合金，合金与氧化物并存的催化剂几乎没有。本实施例做到了将金属氧化物与金属协同合成新型复合材料，并且性能优异。
[0010]且市面上复合金属催化剂更多的是与石墨烯、碳纳米管、碳海绵、泡沫镍等高导电
基板复合，以提高其电化学性能。尽管过渡金属与高导电基板复合材料中的高导电基板具有快速的电荷转移行为，但通常需要经过繁琐而耗时的过程来制备，甚至负载失败率很高，本实施例的实验过程容易操作，失败率低。
[0011]此外，负载型催化剂在金属和高导电基板之间存在较大的界面电阻，阻碍了电荷的转移，导致效率降低，而本实施例的NiO
‑
CuO/NiCu球状超结构纳米复合催化剂材料因为高导电性的NiCu合金相在NiO
‑
CuO/NiCu纳米杂化体中起到导电桥的作用，显著提高了NiO
‑
CuO的导电性。
[0012]进一步的，本专利技术提供的一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法具体包括如下操作步骤：
[0013]S1、将对苯二甲酸和三乙二胺溶解于DMF中，混合均匀；
[0014]S2、将镍盐和铜盐溶解于DMF中，搅拌得到盐溶液；
[0015]S3、将步骤S1和步骤S2得到的溶液混合均匀；
[0016]S4、将步骤S3得到的反应液进行水热反应，得到前驱体 NiCu(bdc)(ted)
0.5
；
[0017]S5、将前驱体NiCu(bdc)(ted)
0.5
在N2氛围下煅烧，得到NiO
‑
CuO/NiCu。
[0018]进一步的，步骤S5中的煅烧温度为400℃，在这个温度下，金属氧化物与合金之间的结合力最强，因此其稳定性和电化学性能更好。
[0019]进一步的，步骤S1中的对苯二甲酸和三乙二胺的摩尔比为72:59。
[0020]进一步的，步骤S1中对苯二甲酸和三乙二胺的摩尔质量的和与步骤S2 中铜盐和镍盐的摩尔质量的和的比值为131:90。
[0021]进一步的，镍盐与铜盐的摩尔比为5:4。
[0022]进一步的，镍盐为NiCl2·
6H2O。
[0023]进一步的，铜盐为Cu(NO3)2·
3H2O。
[0024]进一步的，步骤S4中的水热合成反应具体操作如下：将步骤S3中得到的混合溶液转移到Teflon容器密封，再将密封的容器放置到不锈钢高压釜中压紧，在150℃加热3小时。冷却到室温后，离心收集得到 NiCu(bdc)(ted)
0.5
。
[0025]本专利技术的第二个目的是提供一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的应用方法，具有同样的技术效果。
[0026]本专利技术上述技术效果是由以下技术方案实现的：
[0027]本专利技术提供的一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的应用方法，具体为：将NiO
‑
CuO/NiCu用于电解甲醇氧化反应的催化剂，具体操作如下：将NiO
‑
CuO/NiCu涂覆于工作电极上，采用Hg/HgO电极做参比电极对甲醇氧化电解液进行电解。
[0028]作为另一种技术方案，本专利技术提供的一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的应用方法，将NiO
‑
CuO/NiCu用于电解尿素氧化的催化剂，具体操作如下：将NiO
‑
CuO/NiCu涂覆于工作电极上，采用Ag/AgCl 电极做参比电极，辅助电极电极是铂丝电极，对尿素氧化电解液进行电解。
[0029]作为优选的，工作电极为铂碳电极。
[0030]作为优选的，在本专利技术中，工作电极为玻碳电极(0.1962cm2)，内径5mm，参比电极为Hg/HgO电极或Ag/AgCl电极，辅助电极为铂丝电极。催化剂墨水是由两部分组成：分散的5毫克催化剂中含有2.5毫克的催化剂和2.5 毫克碳粉。分散所需的1毫升溶液中含950μL异
丙醇和50μL 0.5wt％电解质溶液之后，超声降解法1h。在经过抛光GC电极上本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法，其特征在于，采用NiCu(bdc)(ted)
0.5
作为前驱体，在惰性氛围下煅烧得到球状超结构的NiO
‑
CuO/NiCu。2.根据权利要求1所述的一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法，其特征在于，具体包括如下操作步骤：S1、将对苯二甲酸和三乙二胺溶解于DMF中，混合均匀；S2、将镍盐和铜盐溶解于DMF中，搅拌得到盐溶液；S3、将步骤S1和步骤S2得到的溶液混合均匀；S4、将步骤S3得到的反应液进行水热反应，得到前驱体NiCu(bdc)(ted)
0.5
；S5、将前驱体NiCu(bdc)(ted)
0.5
在N2氛围下煅烧，得到所述NiO
‑
CuO/NiCu。3.根据权利要求2所述的一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中的对苯二甲酸和三乙二胺的摩尔比为72:59。4.根据权利要求2所述的一种球状超结构的双金属镍铜氧化物/合金复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中对苯二甲酸和三乙二胺的摩尔质量的和与步骤S2中铜盐和镍盐的摩尔质量的和的比值为131:90。5.根据权利要求4所述的一种球状超结构的双金属镍铜...

【专利技术属性】
技术研发人员：王旭红，周路，谭大伟，董如林，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：