一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法技术

本发明专利技术实施例涉及一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法。制备方法包括：在甲基咪唑溶液中加入超声分散30

【技术实现步骤摘要】
一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法


[0001]本专利技术涉及电催化
，尤其涉及一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法。

技术介绍

[0002]使用可再生能源电解水的技术具有广阔前景，这是由于在电解产生氢气的过程中不适用化石燃料，并且生产的氢气是绿色可持续能源。析氧反应(OER)是水电解的半反应，其动力学比另一半反应——析氢反应(HER)更慢，能耗也更高。为了在保持低能耗的前提下促进反应效率，OER需要更高效的催化剂。目前，如RuO2和IrO2等贵金属基氧化物过电位较低，能够表现出高效的OER催化活性，但它们在地壳中含量稀少，市价高昂，这严重阻碍了水电解的商业应用。因此，开发廉价、高活性且性能稳定的非贵过渡金属基电催化剂来催化OER，在碱性电解水反应中具有重要意义。
[0003]在这方面，基于地壳中含量丰富的Ni、Fe过渡金属元素的合金作为OER活性催化剂引起了极大的关注。1987年，Corrigan的团队报道了电解质溶液中极少量的Fe(0.01％)会显着影响Ni电极的OER性能。含铁和不含铁的镍电极的Tafel斜率分别为70mV dec
‑1和20
‑
25mV dec
‑1，分别表明Fe掺入Ni极大地提升了OER活性。但是，NiFe基电催化剂活性位较少，转化率低，且电导率不足，这导致其缺乏活性和稳定性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对传统NiFe基碳质复合材料的OER催化剂活性不足，比表面积过小，催化持久的问题，提出一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法。
[0005]为此，第一方面，本专利技术实施例提供了一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
[0006]将1
‑
10mmol的2
‑
甲基咪唑在室温下溶于10
‑
50mL去离子水中制成甲基咪唑溶液，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散30
‑
100min后的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌1
‑
20小时；接着加入1
‑
5g的氮掺杂前驱体，室温搅拌1
‑
20小时；之后加入含0.1
‑
5mmol的镍过渡金属盐、0.1
‑
5mmol的铁过渡金属盐和0.1
‑
5mmol的铝过渡金属盐的混合溶液，并且持续搅拌5
‑
40小时，得到混合后的溶液；
[0007]将所述混合后的溶液在
‑
0.1～0.09MPa低压抽滤，得到的滤饼在40
‑
100℃真空干燥10
‑
40小时，将干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨10
‑
40min，得到棕黄色的粉末；
[0008]将所述粉末倒入瓷舟并平铺均匀，将所述瓷舟置于管式炉中，在所述管式炉通入惰性气体和/或还原性气体，以2
‑
8℃/min的速率升温至300
‑
600℃，煅烧0.5
‑
5小时，再以2
‑
8℃/min的速率升温至700
‑
1000℃，煅烧0.5
‑
4小时，冷却至室温后得到黑色粉末；
[0009]将所述黑色粉末在过量的碱溶液中60
‑
100℃热洗5
‑
20小时，之后低压抽滤混合液
体并以去离子水洗涤至中性，得到氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。
[0010]优选的，所述氮掺杂前驱体包括：三聚氰胺、氨水、聚吡咯或者聚苯胺中的一种或多种。
[0011]优选的，所述镍过渡金属盐包括：Ni(NO3)2·
6H2O、NiCl2·
6H2O、Ni(CHCO3)2·
6H2O、NiSO4·
6H2O的一种或几种；
[0012]所述铁过渡金属盐包括：Fe(NO3)3·
6H2O、FeCl3·
6H2O、Fe(CH3COO)3、Fe2(SO4)3·
6H2O中的一种或几种；
[0013]所述铝过渡金属盐包括：Al(NO3)3·
9H2O、AlCl3·
6H2O、Al(OH)(C2H3O2)2、Al2(SO4)3·
16H2O中的一种或几种。
[0014]优选的，所述镍过渡金属盐、铁过渡金属盐及与铝过渡金属盐的物质的量之比为0.1
‑
5：0.1
‑
5：0.1
‑
5。
[0015]优选的，所述瓷舟具体为刚玉圆底瓷舟。
[0016]优选的，所述惰性气体包括：N2和/或Ar；所述还原性气体包括：H2。
[0017]优选的，所述碱溶液包括KOH、NaOH、NH3·
H2O中的一种或几种；所述碱溶液的用量为50
‑
200mL，浓度为0.5
‑
5mol/L。
[0018]第二方面，本专利技术实施例提供了一种上述第一方面所述的制备方法制备得到的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。
[0019]优选的，所述析氧电催化剂包括结构单元和镶嵌于结构单元中的导电网络；
[0020]所述结构单元由氮掺杂的氧化石墨烯(NGO)构成，所述导电网络由镍铁合金纳米颗粒和孔洞构成；其中Al用于产生所述孔洞，从而增大材料的比表面积，增加NiFe活性位点的暴露。
[0021]优选的，所述氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂用于碱性电催化析氧反应。
[0022]本专利技术实施例提供的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的制备方法。本方法以氮掺杂氧化石墨烯为基底，通过对NiFe合金中掺入金属Al，在材料合成后除去Al并在合金纳米颗粒中制造孔洞。该方法通过氮掺杂氧化石墨烯基底提高了NiFe合金的导电性，并且有利于电解液的渗透和氧气的快速排出，消除Al产生的孔洞可以进一步增大材料的比表面积，使NiFe活性位点充分暴露，加速传质。本专利技术采用水溶剂搅拌的原位合成方式，制备出具有强催化性能和持久催化活性的多孔洞的NiFe基OER催化剂。
附图说明
[0023]图1为本专利技术实施例提供的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂制备方法流程图；
[0024]图2为本专利技术实施例1制备的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的扫描电子显微镜(SEM)的下微观形貌图；
[0025]图3为本专利技术实施例1与对比例1、2、3、4在0.1mol/L KOH溶液中的氧析出反应(OER)的线性扫描伏安特性曲线测试图(LSV)。
具体实施方式
[0026]下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
[0027]本专利技术实施例提供了一种氮掺杂氧化石墨烯片负本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：将1
‑
10mmol的2
‑
甲基咪唑在室温下溶于10
‑
50mL去离子水中制成甲基咪唑溶液，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散30
‑
100min后的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌1
‑
20小时；接着加入1
‑
5g的氮掺杂前驱体，室温搅拌1
‑
20小时；之后加入含0.1
‑
5mmol的镍过渡金属盐、0.1
‑
5mmol的铁过渡金属盐和0.1
‑
5mmol的铝过渡金属盐的混合溶液，并且持续搅拌5
‑
40小时，得到混合后的溶液；将所述混合后的溶液在
‑
0.1～0.09MPa低压抽滤，得到的滤饼在40
‑
100℃真空干燥10
‑
40小时，将干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨10
‑
40min，得到棕黄色的粉末；将所述粉末倒入瓷舟并平铺均匀，将所述瓷舟置于管式炉中，在所述管式炉通入惰性气体和/或还原性气体，以2
‑
8℃/min的速率升温至300
‑
600℃，煅烧0.5
‑
5小时，再以2
‑
8℃/min的速率升温至700
‑
1000℃，煅烧0.5
‑
4小时，冷却至室温后得到黑色粉末；将所述黑色粉末在过量的碱溶液中60
‑
100℃热洗5
‑
20小时，之后低压抽滤混合液体并以去离子水洗涤至中性，得到氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂前驱体包括：三聚氰胺、氨水、聚吡咯或者聚苯胺中的一种或多种。3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：马烨飞，曹文卓，闫昭，李婷，
申请(专利权)人：宜宾南木纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：