核壳花瓣状镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料的制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种三维核壳花瓣结构镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料的制备方法，包括以下步骤：配制银纳米线分散液；将硝酸镍、硝酸钴、氟化铵、尿素加入至银纳米线分散液中，室温搅拌至溶解；水热反应，反应结束冷却至室温后得到反应沉淀物，用去离子水离心清洗沉淀物；将洗涤后沉淀物冷冻干燥，得到镍钴氢氧化物包裹的银纳米线，作为前驱体材料；管式炉内实现镍钴氢氧化物包裹的银纳米线的磷化，获得三维核壳花瓣结构镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料。本发明专利技术还公开了上述镍钴磷包裹的银纳米线电极材料的用途：用于OER/HER双功能催化电解水。化电解水。化电解水。

Preparation and application of core-shell petal shaped nickel cobalt phosphorus coated silver nanowire electrocatalytic electrode material

【技术实现步骤摘要】
核壳花瓣状镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料的制备方法和应用


[0001]本专利技术属于双功能电解水电极材料制备的
，特别涉及三维核壳花瓣状镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料的制备方法。

技术介绍

[0002]传统化石燃料的不可再生以及环境问题，迫使研究人员致力于研发先进的可再生能源技术来实现清洁可再生的能源生产和转化，目前，锂离子电池、超级电容器和电解水制氢等方式被公认为是能够高效转化和存储能源的方式。其中，电解水的产物为氢气和氧气，反应具有安全高效、无污染、产物易分离的特点，而氢气又是一种理想的高效、零排放、可持续的清洁能源。早期研究发现，贵金属对电解水具有优异的催化性能，如铂基金属对于产氢催化和Ru、Ir及其氧化物对于产氧催化都具有很高的活性。但这些贵金属十分稀缺，基于成本考虑很难将其投入实际工业化生产中，而过渡金属储量丰富，以Ni、Co、Fe为代表的过渡金属在一些研究中表现出了较高的催化活性，可以替代贵金属材料广泛应用于电解水工业化生产中。同时，通过精准控制电催化剂结构可以有效增大比表面积并进一步增加催化活性位点，从而提高电催化性能。三维核壳纳米催化剂具有比表面积大、活性位点暴露高、传质速度快等优点，而一维纳米线和纳米片受限于质子传输。因此，有效的将纳米线和纳米片复合形成三维核壳纳米材料对于提高电催化性能是必要的。
[0003]公开号为CN109647460A的专利公开了一种一步还原法制备多孔三维核壳结构的NiCoP@NiCoPOx析氧催化剂的方法，首先在室温下，将NiCl2和K3Co(CN)6以摩尔比1:1超声混合后静置制得氰胶前驱体，再在氰胶前驱体中加入等量或过量的NaBH4/NaH2PO2共还原剂，搅拌使得氰胶前驱体与还原剂反应，还原反应后的产物经洗涤、离心、干燥即得多孔三维核壳结构的NiCoP@NiCoPOx析氧催化剂，虽然制备方法简单，生产成本较低，但其析氧活性欠佳。
[0004]公开号为CN112708906A的专利公开了一种氮掺杂多孔碳包裹的镍钴双金属磷化物纳米棒阵列电极的制备方法，首先在泡沫镍导电基底上通过水热法生成双金属纳米线阵列，再采用浸泡法生成含镍钴双金属有机框架化合物(NiCo
‑
MOFs@NF)为前驱体，最后在管式炉中一步碳化及磷化制备氮掺杂多孔碳包裹的镍钴双金属磷化物纳米棒阵列电极(NiCoP
X
@NGC@NF)，虽然制备的NiCoP
X
@NGC@NF催化剂析氢性能优良，制备简单、可重复性高，但没有对析氧性能进行研究。

技术实现思路

[0005]本专利技术要解决的技术问题是提供一种制备工艺简单、成本低廉、催化性能优异的三维核壳花瓣状镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料的制备方法及其用途。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种三维核壳花瓣结构镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、配制质量分数为0.1～0.2％(优选0.15％)的银纳米线分散液；
[0008]S2、依次将硝酸镍、硝酸钴、氟化铵、尿素加入至S1所得的银纳米线分散液中，室温搅拌至溶解；
[0009]硝酸镍：硝酸钴＝1：1.9～2.1摩尔比；
[0010](硝酸镍+硝酸钴)：氟化铵：尿素＝1：1.9～2.1：3.8～4.2的摩尔比；
[0011]每27ml的银纳米线分散液，配用0.3～0.4mmol硝酸镍；
[0012]S3、将S2所得的溶液转移至反应釜(聚四氟乙烯为内衬的不锈钢反应釜)中，于120
±
10℃水热反应6
±
1h；反应结束冷却至室温后得到反应沉淀物，用去离子水离心清洗沉淀物；得洗涤后沉淀物；
[0013]说明：将反应釜转移到高温烘箱中，进行水热反应；
[0014]S4、将S3所得的洗涤后沉淀物冷冻干燥，得到镍钴氢氧化物包裹的银纳米线，作为前驱体材料；
[0015]S5、将S4所得的前驱体材料和次磷酸钠粉末分别放入两个瓷舟中，然后将两个瓷舟放入管式炉内，将装有次磷酸钠的瓷舟放在靠近管式炉氩气进气口一侧，装有前驱体材料的瓷舟放在出气口一侧；
[0016]所述前驱体材料：次磷酸钠＝1:(10
±
1)的质量比；
[0017]在氩气气氛下，打开管式炉加热开关，使管式炉以恒定的升温速率由室温升温至350
±
20℃，并在此温度下保温2
±
0.2h，从而实现镍钴氢氧化物包裹的银纳米线的磷化(即，将镍钴氢氧化物包裹的银纳米线磷化成镍钴磷包裹的银纳米线电极材料)；
[0018]说明：管式炉样品放置入口端连接有氩气通入管；
[0019]S6、S5的磷化反应结束后，继续在氩气气氛下使管式炉内的温度自然冷却至室温，获得三维核壳花瓣结构镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料(镍钴磷包裹的银纳米线电极材料)。
[0020]作为本专利技术的制备方法的改进：S4中，于
‑
80℃冷冻干燥24
±
1h。
[0021]作为本专利技术的制备方法的进一步改进：S5中，升温速率为2
±
0.5℃/min。
[0022]作为本专利技术的制备方法的进一步改进，S1为将银纳米线加入至去离子水中，室温超声至分散均匀，得质量分数为0.1～0.2％(优选0.15％)的银纳米线分散液。
[0023]作为本专利技术的制备方法的进一步改进，S2中：
[0024]硝酸镍：硝酸钴＝1:2摩尔比；
[0025](硝酸镍+硝酸钴)：氟化铵：尿素＝1:2:4的摩尔比。
[0026]作为本专利技术的制备方法的进一步改进，
[0027]S1、将2mL质量分数为2％的银纳米线(Ag NWs)加入25mL去离子水，室温超声至分散均匀，得银纳米线分散液；
[0028]S2、依次将0.33mmol硝酸镍、0.67mmol硝酸钴、2mmol氟化铵、4mmol尿素加入至S1所得的银纳米线分散液中，室温搅拌至上述4者均溶解。
[0029]本专利技术还同时提供了如上述方法制备所得的镍钴磷包裹的银纳米线电极材料的用途：用于OER/HER双功能催化电解水。
[0030]本专利技术利用现有的银纳米线，通过一步水热法在银纳米线上生长镍钴氢氧化物，最后再以次磷酸钠为磷源，通过磷化作用将镍钴氢氧化物包裹的银纳米线磷化成镍钴磷包
裹的银纳米线，从而制备获得导电性良好、比表面积大、催化性能优异的镍钴磷包裹的银纳米线电极材料。
[0031]本专利技术具有以下有益效果：
[0032]1、本专利技术工艺简单、成本低廉、电催化性能优异；
[0033]2、三维核壳结构产生更大的比表面积和丰富的活性位点，从而增强电子传递，也为气体的有效释放提供了畅通的通道；
[0034]说明：三维核壳结构可通过扫描电镜图看出。
[0035]3、银纳米线和镍钴磷的金属性质提高了催化剂的导电性；
[0036]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.三维核壳花瓣结构镍钴磷包裹银纳米线电催化电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配制质量分数为0.1～0.2％的银纳米线分散液；S2、依次将硝酸镍、硝酸钴、氟化铵、尿素加入至S1所得的银纳米线分散液中，室温搅拌至溶解；硝酸镍：硝酸钴＝1：1.9～2.1摩尔比；(硝酸镍+硝酸钴)：氟化铵：尿素＝1：1.9～2.1：3.8～4.2的摩尔比；每27ml的银纳米线分散液，配用0.3～0.4mmol硝酸镍；S3、将S2所得的溶液转移至反应釜中，于120
±
10℃水热反应6
±
1h；反应结束冷却至室温后得到反应沉淀物，用去离子水离心清洗沉淀物；得洗涤后沉淀物；S4、将S3所得的洗涤后沉淀物冷冻干燥，得到镍钴氢氧化物包裹的银纳米线，作为前驱体材料；S5、将S4所得的前驱体材料和次磷酸钠粉末分别放入两个瓷舟中，然后将两个瓷舟放入管式炉内，将装有次磷酸钠的瓷舟放在靠近管式炉氩气进气口一侧，装有前驱体材料的瓷舟放在出气口一侧；所述前驱体材料：次磷酸钠＝1:(10
±
1)的质量比；在氩气气氛下，管式炉以恒定的升温速率由室温升温至350
±
20℃，并在此温度下保温2
±
0.2h，从而实现镍钴氢氧化物包裹的银纳米线的磷化；S6、S5的磷化反应结束后，继续在氩气气氛下使管式炉内的温度自然冷却至室温，获得三维核壳花瓣结构镍钴磷包...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴忠，王凡，单加琪，邹畅，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：