一种自支撑非贵金属电催化剂材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及电催化材料技术领域，具体涉及一种自支撑非贵金属电催化剂材料及其制备方法和应用。其中，一种自支撑非贵金属电催化剂材料的制备方法，包括：原料溶液的获取：将铁盐和钴盐配制成混合液，将泡沫镍浸泡在混合液中，将表面活性剂配制成表面活性剂溶液；水热反应：将浸泡有泡沫镍的混合液与表面活性剂溶液混合，混合后进行水热反应即得。本发明专利技术通过简单的一步水热法，在三维多孔的泡沫镍上原位合成高活性、可实现大电流密度的NiCoFe

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑非贵金属电催化剂材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电催化材料
，具体涉及一种自支撑非贵金属电催化剂材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的快速发展，全球化石燃料的需求越来越大，人们不可避免地产生能源短缺和环境恶化的担忧。为了应对上述问题，科研工作者对可再生能源转换和存储技术投入了大量的精力，如电解水和金属空气电池。
[0003]电解水制氢被认为是一种理想的、清洁的生产高纯氢的技术。电解水分为两个半反应，分别为阴极析氢反应（HER）和阳极析氧反应（OER）。其中，OER复杂的四电子转移过程以及大过电位、缓慢的动力学被认为是电解水的瓶颈，其中，中间体如*OH和*OOH是能量和效率损失的主要原因。因此，合成一种高效的OER电催化剂来降低电解水所需的过电位，对于实际产氢非常重要。
[0004]目前，贵金属氧化物IrO2和RuO2被广泛地认为是OER的基准催化剂，但其大规模的应用依然受到这些金属的稀缺性和相关高成本的明显阻碍。为此，基于地球元素丰度丰富，开发成本效益高、性能强的其他元素OER电催化剂是非常可取的。其中，第一排过渡金属元素（包括Ni、Co和Fe）的二维LDH是一种有前途的OER催化剂，其具有合成工艺简单、价格低廉、催化性高等优点。然而LDH本身的导电性较差，不能充分地暴露活性位点，产生的气泡附着在催化剂的表面难以在溶液中导出，因此降低了催化剂的性能与稳定性。中国专利文献CN115386908A公开了一种铁钴镍双氢氧化物纳米笼电催化析氧材料及其制备方法，其虽然可以提供更多暴露的活性位点和增强的电子传输能力，但其对前驱体的要求非常严格且制备方法较为复杂。

技术实现思路

[0005]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有NiCoFe
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LDH基电催化剂的制备方法条件苛刻且较为复杂的缺陷，从而提供一种自支撑非贵金属电催化剂材料及其制备方法和应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种自支撑非贵金属电催化剂材料的制备方法，包括：原料溶液的获取：将铁盐和钴盐配制成混合液，将泡沫镍浸泡在混合液中，将表面活性剂配制成表面活性剂溶液；水热反应：将浸泡有泡沫镍的混合液与表面活性剂溶液混合，混合后进行水热反应即得。
[0007]优选的，所述混合液中铁离子的浓度为0.2~0.34 mol/L，钴离子的浓度为0.16~0.32 mol/L；和/或，所述混合液中所用溶剂为水或/和乙醇。
[0008]优选的，所述铁盐为九水合硝酸铁[Fe(NO3)3·
9H2O]、六水合氯化铁（FeCl3•
6H2O）、硫酸铁水合物[Fe2(SO4)3•
xH2O]中的至少一种，优选为九水合硝酸铁；和/或，所述钴盐为六水合硝酸钴[Co(NO3)2·
6H2O]、六水合氯化钴（CoCl2•
6H2O）、硫酸钴七水合物（CoSO4•
7H2O）、四水合乙酸钴[(CH3COO)2Co
•
4H2O]、乙酸钴[(CH3COO)2Co]中的至少一种，优选为六水合硝酸钴。
[0009]优选的，所述表面活性剂为糖精或/和十六烷基三甲基溴化铵；和/或，所述表面活性剂溶液的浓度为0.64 mol/L；和/或，所述表面活性剂溶液的溶剂为有机溶剂。
[0010]优选的，所述有机溶剂为N，N
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二甲基甲酰胺、N，N
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二甲基乙酰胺、N
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甲基吡咯烷酮、甲醇中的至少一种，优选为N，N
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二甲基甲酰胺。
[0011]优选的，所述混合液与表面活性剂溶液的体积比为3：20。
[0012]优选的，所述泡沫镍在浸泡前还进行预处理；所述预处理的过程为：先将泡沫镍切片，再将泡沫镍依次浸入盐酸、丙酮、乙醇溶液中并分别进行超声处理，最后进行干燥处理；和/或，所述泡沫镍在混合液中的浸泡时长为15~75 min，即所述泡沫镍在混合液中的浸泡时长可以为15 min、30 min、60 min、75 min，优选为60 min；和/或，所述表面活性剂溶液与混合液混合后继续浸泡并磁力搅拌的时长为15~60 min，即所述表面活性剂溶液与混合液混合后继续浸泡并磁力搅拌的时长可以为15 min、30 min、45 min、60 min，优选为30 min。
[0013]优选的，所述水热反应的温度为105~135℃，时长为7~10 h；和/或，所述水热反应后还进行清洗和干燥。
[0014]本专利技术还提供一种自支撑非贵金属电催化剂材料，其由上述的自支撑非贵金属电催化剂材料的制备方法制备得到。
[0015]本专利技术还提供上述的自支撑非贵金属电催化剂材料在电催化析氧中的应用。
[0016]在本专利技术中，所述预处理的具体过程为：先将泡沫镍剪成1.5 cm
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3 cm，浸入3 mol/L的盐酸溶液中超声15 min去除表面氧化物，随后浸入丙酮中超声10 min去除表面的脂质，再浸入乙醇中超声5 min，最后在60℃的烘箱中真空干燥4 h，得到预处理后的泡沫镍。
[0017]在本专利技术中，所述水热反应后清洗和干燥的具体步骤为：先采用水和乙醇分别清洗3次，随后在80℃真空干燥过夜即可。
[0018]本专利技术技术方案，具有如下优点：1．一种自支撑非贵金属电催化剂材料的制备方法，包括：原料溶液的获取：将铁盐和钴盐配制成混合液，将泡沫镍浸泡在混合液中，将表面活性剂配制成表面活性剂溶液；水热反应：将浸泡有泡沫镍的混合液与表面活性剂溶液混合，混合后进行水热反应即得。本专利技术通过简单的一步水热法，在三维多孔的泡沫镍上原位合成高活性、可实现大电流密度的NiCoFe
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LDH三元OER电催化剂，泡沫镍既可以作为电催化剂的载体，又可以为合成提供镍源，加强了电催化剂与泡沫镍之间的紧密接触和导电性，增加了电催化剂的比表面积并暴露更多的活性位点，而且无需采用胶黏剂将电催化剂固定在泡沫镍上，避免了在大电流下电催化剂的脱落，最终使得电催化剂材料具有优异的OER性能。
[0019]2．本专利技术的自支撑非贵金属电催化剂材料的制备方法，制得的电催化剂材料具有良好的亲水性，可使电解质溶液快速浸入，从而提供更多可以参加反应的OH
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，另外，其还具有较强的疏气性，能够快速地将OER过程中产生的气泡迅速导走，避免气泡对活性位点覆盖，从而增强OER过程中的传质。
[0020]3．本专利技术的自支撑非贵金属电催化剂材料的制备方法，合成原料中过渡金属Ni、Fe、Co来源广泛、成本低廉，合成工艺简单，为设计高效的自支撑非贵金属OER电催化剂的合成提供了新的思路，也为解决当前能源危机（绿色氢能）的可持续发展问题提供新的思路。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自支撑非贵金属电催化剂材料的制备方法，其特征在于，包括：原料溶液的获取：将铁盐和钴盐配制成混合液，将泡沫镍浸泡在混合液中，将表面活性剂配制成表面活性剂溶液；水热反应：将浸泡有泡沫镍的混合液与表面活性剂溶液混合，混合后进行水热反应即得。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合液中铁离子的浓度为0.2~0.34 mol/L，钴离子的浓度为0.16~0.32 mol/L；和/或，所述混合液中所用溶剂为水或/和乙醇。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述铁盐为九水合硝酸铁、六水合氯化铁、硫酸铁水合物中的至少一种；和/或，所述钴盐为六水合硝酸钴、六水合氯化钴、硫酸钴七水合物、四水合乙酸钴、乙酸钴中的至少一种。4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为糖精或/和十六烷基三甲基溴化铵；和/或，所述表面活性剂溶液的浓度为0.64 mol/L；和/或，所述表面活性剂溶液的溶剂为有机溶剂。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N，N
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽莉，薛晋美，焦晗，王淳，李书鹏，王蓓丽，李亚茹，瞿婷，张孟昭，许铁柱，
申请(专利权)人：北京建工环境修复股份有限公司，
类型：发明
国别省市：