一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂及其制备方法，所述方法包括：步骤1，将含有Ce离子的碱性溶液和氧化石墨烯溶液、癸酸先进行预热，之后在400～440℃下保温处理，之后分离所得混合体系中的产物，得到CeO2/rGO；步骤2，将CeO2/rGO在乙酸镍溶液中浸渍后取出洗涤干燥，得到浸渍后的固体；步骤3，将浸渍后的固体在H2和Ar的气氛下，于500～600℃下进行热处理，得到镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂。成本低，合成时间短，充分利用了超临界水热体系的优势，将尺寸均匀的镍掺杂的二氧化铈纳米晶负载在还原氧化石墨烯上，方法简单，重复性好。重复性好。重复性好。

A nickel doped ceria / reduced graphene oxide electrocatalyst and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及电催化剂制备领域，具体为一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着纳米技术的发展，众多纳米材料由于体积效应、表面效应、缺陷效应等诸多优势，在催化、能源储存、气体传感等领域受到了广泛关注。
[0003]二氧化铈(CeO2)作为地球上储量较为丰富的稀土氧化物，因其Ce离子的可变价态，具备较多的氧空位缺陷和优异的氧空位迁移能力，同时热稳定性较好，可应用于高温下的汽车尾气三效催化和燃料电池等领域。技术人员通过CeO2纳米材料的制备技术，成功制备了晶面可控、尺寸可调的单一CeO2纳米晶，并充分地得到了其表面化学效应和尺寸效应。
[0004]然而，二氧化铈纳米晶的高聚集性、低电导率和单一的电子传输路径限制了二氧化铈在电催化领域的发展。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂及其制备方法，成本低，合成时间短，充分利用了超临界水热体系的优势，将尺寸均匀的镍掺杂的二氧化铈纳米晶负载在还原氧化石墨烯上，方法简单，重复性好。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1，将含有Ce离子的碱性溶液和氧化石墨烯溶液、癸酸先进行预热，Ce离子、氧化石墨烯和癸酸的物质的量比为1:1:8，之后在400～440℃下保温处理，之后分离所得混合体系中的产物，得到CeO2/rGO；
[0009]步骤2，将CeO2/rGO在乙酸镍溶液中浸渍后取出洗涤干燥，得到浸渍后的固体；
[0010]步骤3，将浸渍后的固体在H2和Ar的气氛下，于500～600℃下进行热处理，得到镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂。
[0011]优选的，步骤1所述含有Ce离子的碱性溶液按如下过程得到：
[0012]将1M的Ce(NO3)3水溶液逐滴加入质量分数为4％～6％的NaOH溶液中，所述Ce(NO3)3水溶液和NaOH溶液的体积比为2：3，补加去离子水，调节Ce离子物质的量浓度为0.02M，得到含有Ce离子的碱性溶液。
[0013]优选的，步骤1中含有Ce离子的碱性溶液和氧化石墨烯溶液的体积相同。
[0014]优选的，步骤1将含有Ce离子的碱性溶液和氧化石墨烯溶液、癸酸在150～180℃下预热20～40min。
[0015]优选的，步骤1将含有Ce离子的碱性溶液和氧化石墨烯溶液、癸酸预热后，在400～440℃下保温10～15min。
[0016]优选的，步骤1按如下过程分离所得混合体系中的产物：
[0017]将混合体系依次用环己烷和无水乙醇进行离心清洗，清洗后的样品溶于环己烷中冷冻干燥，得到CeO2/rGO。
[0018]优选的，步骤2所述乙酸镍溶液的浓度为0.01M。
[0019]进一步，步骤2将CeO2/rGO浸入到所述乙酸镍溶液中后搅拌12～18h，再取出洗涤干燥。
[0020]优选的，步骤3将浸渍后的固体在所述温度下热处理2～3h。
[0021]一种由上述任意一项所述的镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂的制备方法得到的镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0023]本专利技术一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂的制备方法，先将含有Ce离子的碱性溶液和氧化石墨烯溶液、癸酸预热，之后依次结合超临界水热法和乙酸镍溶液浸渍、还原热处理，在有良好的导电性和结构延展性的还原氧化石墨烯上，负载了兼具尺寸效应和表面效应的CeO2纳米晶，有效的抑制了纳米材料的团聚，增加了其电导率，同时Ni元素在纳米晶缺陷处的掺杂对材料电催化活性有良好的促进的作用。本专利技术利用超临界水热法和表面活性剂的限制，CeO2的尺寸和暴露面得以控制，随后利用CeO2表面氧空位的锚定作用，将Ni元素限制在CeO2晶格里面，形成稳定的化学结合。本专利技术首次在超临界状态下合成Ni
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CeO2和rGO的复合材料，Ni
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CeO2在rGO上有序排列，同时Ni容易被CeO2捕获，解决了CeO2导电差以及高温热处理中存在的颗粒团聚现象。
附图说明
[0024]图1为现有技术中的马弗炉主要部件示意图。
[0025]图2为现有技术中管式炉的主要部件示意图。
[0026]图3为本专利技术实施例1得到的rGO/Ni
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CeO2的XRD图谱。
[0027]图4为现有技术中纯CeO2的STEM照片。
[0028]图5为本专利技术实施例1步骤3收集后得到的rGO/CeO2的TEM照片。
[0029]图6为本专利技术实施例1得到的rGO/CeO2‑
Ni在5nm下的STEM照片。
[0030]图7为本专利技术实施例1得到的rGO/CeO2‑
Ni的EDS元素分布。
[0031]图8为纯CeO2和本专利技术实施例1得到的rGO/CeO2‑
Ni的XPS能谱。
[0032]图9为本专利技术实施例1得到的rGO/CeO2‑
Ni的EELS能谱。
[0033]图10为本专利技术实施例2中Ni
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CeO2/rGO复合材料在2μm的ABF
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STEM图像。
[0034]图11为本专利技术实施例2中Ni
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CeO2/rGO复合材料10nm下的ABF
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STEM图像。
[0035]图12为本专利技术实施例3中Ni
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CeO2/rGO复合材料的ABF
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STEM图像。
[0036]图13为本专利技术实施例3中Ni
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CeO2/rGO复合材料10nm下的ABF
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STEM图像.
[0037]图14为本专利技术实施例4中Ni
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CeO2/rGO复合材料的ABF
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STEM图像。
[0038]图15为本专利技术实施例4中Ni
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CeO2/rGO复合材料10nm下的ABF
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STEM图像。
具体实施方式
[0039]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。
[0040]目前，通过抑制二氧化铈纳米材料团聚、复合高导电性材料、掺杂活性物质等方法能有效克服二氧化铈纳米晶的高聚集性、低电导率和单一的电子传输路径，推进CeO2纳米晶在电催化领域的应用。
[0041]因此，本专利技术一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂的制备方法，其中使用到了机械混合法和多步水热法等，具体步骤如下：
[0042]步骤1，制备Ce本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，将含有Ce离子的碱性溶液和氧化石墨烯溶液、癸酸先进行预热，Ce离子、氧化石墨烯和癸酸的物质的量比为1:1:8，之后在400～440℃下保温处理，之后分离所得混合体系中的产物，得到CeO2/rGO；步骤2，将CeO2/rGO在乙酸镍溶液中浸渍后取出洗涤干燥，得到浸渍后的固体；步骤3，将浸渍后的固体在H2和Ar的气氛下，于500～600℃下进行热处理，得到镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂。2.根据权利要求1所述的镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1所述含有Ce离子的碱性溶液按如下过程得到：将1M的Ce(NO3)3水溶液逐滴加入质量分数为4％～6％的NaOH溶液中，所述Ce(NO3)3水溶液和NaOH溶液的体积比为2：3，补加去离子水，调节Ce离子物质的量浓度为0.02M，得到含有Ce离子的碱性溶液。3.根据权利要求1所述的镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1中含有Ce离子的碱性溶液和氧化石墨烯溶液的体积相同。4.根据权利要求1所述的镍掺杂的二氧化铈/还原氧化石墨烯电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤1将含有C...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝晓东，徐阳，张西数，冯心怡，王彤，马淑芳，许并社，张帅，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：