一种镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂及其制备方法和应用，属于电催化剂技术领域。镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将镍盐溶液和钼盐溶液混合后加入泡沫镍，加热反应，得到Ni

【技术实现步骤摘要】
一种镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电催化剂
，特别是涉及一种镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢能作为一种新兴的清洁可再生资源，被公认为极具发展潜力的化石燃料替代能源。电催化裂解海水作为一种新型的产氢技术，具有简单、清洁、氢气纯度高等优点，能够有效解决能源危机，其中电催化的设计与选择被视为高效电催化裂解海水产氢的关键。目前，贵金属基(铂、钌、铱等)电催化剂由于其优越的催化性能，广泛用作析氢反应(HER)以及析氧反应(OER)催化剂。然而，过高的价格、储量稀少以及较差的稳定性限制了贵金属基电催化剂的大规模使用。因此，应当设计出低成本、高性能、高稳定性的双功能催化剂，以促进制氢技术的进一步发展。
[0003]近些年来，获益于丰富的储量以及优异的催化活性，非贵金属基电催化剂引起了研究人员的高度重视。其中，氧化钼因其快速的电荷转移速度、丰富的活性位点(Mo
‑
edge和O
‑
edge)而备受关注，但对氢的不适当吸附阻碍了其成为具有竞争力的电催化剂。因此，寻求经济高效的电催化剂合成、设计策略，对于推动氧化钼基材料在电催化裂解海水领域的迅速发展和最终实现其工业化非常重要。
[0004]据报道，引入合金可以有效提高催化剂的活性位点数，同时优化对中间体的吸附能，提升催化活性(W.Shi,J.Zhu,L.Gong,D.Feng,Q.Ma,J.Yu,H.Tang,Y.Zhao,S.Mu,Fe
‑
incorporated Ni/MoO
2 hollow heterostructure nanorod arrays for high
‑
efficiency overall water splitting in alkaline and seawater media,Small,(2022)2205683
‑
2205692.)。然而报道中的电催化剂合成时间较长，同时没有进行相关的电催化裂解海水性能的测试，在合成方法等方面仍存在较大改进空间。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的问题，本专利技术基于焦耳热效应快速合成了一种镍铁合金复合缺陷型(氧缺陷型氧化钼)氧化钼电催化剂，该电催化剂尺寸均匀、形貌规则、比表面积大、具有较高活性和稳定性，并且本专利技术的操作简单、重复性强、快速省时、高效。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术的技术方案之一：一种镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂，所述电催化剂的分子式为NiFe/MoO
x
，其中，x＝2～3。
[0008]进一步地，所述电催化剂呈棒状结构，长度为1～3μm，并聚集组成纳米球结构，纳米球的半径为50～90μm。
[0009]本专利技术的技术方案之二：一种上述镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂的制备方
法，包括以下步骤：
[0010](1)将镍盐溶液和钼盐溶液混合后加入泡沫镍，加热反应，洗涤、干燥(在50～80℃下，真空干燥12h)，得到Ni
‑
Mo
‑
O前驱体(黄色的Ni
‑
Mo
‑
O负载在于泡沫镍上)；
[0011](2)将所述Ni
‑
Mo
‑
O前驱体浸泡在铁盐溶液中，取出干燥(在50～80℃下，真空干燥12h)，得到Fe
‑
Ni
‑
Mo
‑
O前驱体(黄褐色的Fe
‑
Ni
‑
Mo
‑
O负载在于泡沫镍上)；
[0012](3)在还原气氛下，对所述Fe
‑
Ni
‑
Mo
‑
O前驱体进行焦耳热热解，热解完成后(焦耳热效应)，得到所述镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂(NiFe/MoOx电催化剂)。
[0013]进一步地，步骤(1)中，所述镍盐溶液的浓度为0.05～0.10mol/L；所述镍盐溶液中的镍盐和钼盐溶液中的钼盐的摩尔比为1:(0.1～5.0)；所述加热反应的温度为100～180℃，时间为3～10h。
[0014]进一步地，所述镍盐为六水合硝酸镍；所述钼盐为四水合钼酸胺。
[0015]进一步地，步骤(2)中，所述铁盐溶液的浓度为0.01～0.50mol/L；所述浸泡的时间为10s。
[0016]进一步地，步骤(2)中，所述铁盐溶液为硝酸铁溶液。
[0017]进一步地，步骤(3)中，所述还原气氛为氢气和氩气的混合气体；所述混合气体中氢气的含量为10～50vol.％。
[0018]进一步地，步骤(3)中，所述焦耳热热解的温度为600～1000℃，通电时间为1～5min，通电电位为3V。
[0019]焦耳热效应加热不仅可以降低长时间加热导致的催化剂凝结成块现象，同时可以有效地避免极端环境情况下，催化剂理化性质(长时间材料制备过程导致的催化剂表面氧化以及催化剂与支撑体结合强度降低等问题)的改变问题。
[0020]本专利技术的技术方案之三：一种上述电催化剂在催化裂解产氢中的应用。
[0021]进一步地，所述应用的方法具体包括：将上述电催化剂(活性成分(NiFe/MoOx)和泡沫镍的复合材料)作为工作电极，石墨为对电极，进行碱性海水的催化裂解产氢；所述活性成分在泡沫镍上的负载量为0.01～0.5mg/cm2；所述碱性海水(经过KOH处理)的pH为9～14。
[0022]本专利技术公开了以下技术效果：
[0023](1)本专利技术的镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂在碱性海水溶液中具有优异的产氢性能。
[0024](2)本专利技术通过焦耳热合成方法制备出镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂，耗时短、操作简单、重复性强，为大面积应用提供良好的技术基础和物质保证。
[0025](3)本专利技术的制备方法具备操作简单、重复性强、快速省时、高效的特点。同时，制备的NiFe/MoOx电催化剂为镍铁合金与缺陷型氧化钼组成的复合异质结，所成形貌为纳米棒聚集的纳米球形状，具有尺寸均匀、比表面积大的优势。同时组成金属原子具有分布均匀的特点，具备良好的催化活性，在碱性海水条件下其析氢活性为109mV@50mA cm
‑2，析氧活性为258mV@50mA cm
‑2，所组双电极体系可在250mA cm
‑2的条件下稳定运行12h。可用于电催化裂解海水产氢领域。
附图说明
[0026]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂，其特征在于，所述电催化剂的分子式为NiFe/MoO
x
，其中，x＝2～3。2.根据权利要求1所述的镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂，其特征在于，所述电催化剂呈棒状结构，长度为1～3μm。3.一种权利要求1～2任一项所述的镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将镍盐溶液和钼盐溶液混合后加入泡沫镍，加热反应，得到Ni
‑
Mo
‑
O前驱体；(2)将所述Ni
‑
Mo
‑
O前驱体浸泡在铁盐溶液中，得到Fe
‑
Ni
‑
Mo
‑
O前驱体；(3)在还原气氛下，对所述Fe
‑
Ni
‑
Mo
‑
O前驱体进行焦耳热热解，热解完成后，得到所述镍铁合金复合缺陷型氧化钼电催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟祥超，赵展，周岩，梁东东，
申请(专利权)人：青岛中石大新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：