一种电场驱动制备M制造技术

本发明专利技术公开了一种电场驱动制备M

【技术实现步骤摘要】
一种电场驱动制备M
1II
(M
2III
)OOH材料的方法


[0001]本专利技术属于功能材料制备
，特别涉及一种电场驱动制备M
1II
(M
2III
)OOH材料的方法。

技术介绍

[0002]由于全球工业的发展和人口的增长，对能源的需求正在迅速增加。尽管当今大多数的能源需求在很大程度上依赖于碳基资源，如石油、天然气和煤炭，但化石燃料的枯竭和二氧化碳排放引起的温室效应已经成为严重的问题。因此，人们正在广泛研究可替代化石燃料的能源，以发展可持续能源系统。现如今寻求可再生、清洁、高效的能源已成为全球实现碳中和和可持续发展的共同目标。在众多的绿色能源候选中，氢能一直是人们关注的焦点。氢是取之不尽、用之不竭的，也是绿色环保的，因为它可以从地球上丰富的反应物(如水和甲烷)中产生，而且在其转化为其他能源形式(如电力)的过程中不排放二氧化碳或其他有毒物质。此外，与汽油和煤炭等其他能源相比，氢气可以表现出明显更大的能量密度。因此氢能的开发对于促进清洁低碳经济的发展具有重要意义。
[0003]迄今为止，高效的生产氢气已经在世界范围内流行起来。氢气重整法具有成本低廉的优势是目前应用最广泛的制氢方法。然而，在蒸汽重整过程中释放的一氧化碳或二氧化碳作为副产品降低了氢能源的环境优点。因此，作为一种更清洁的替代方法，电催化裂解水制氢是一种将可再生能源转化为绿色化学燃料的清洁和可持续的技术。通过电催化产生氢的水裂解反应包括两个半电池反应，即阴极的析氢反应(HER)和阳极的析氧反应(OER)。阴极的HER涉及两个电子的转移，而阳极的OER涉及四个电子的转移导致反应动力学缓慢和过电位大，是水分解反应的瓶颈。
[0004]迄今为止，贵金属基氧化物(RuO2和IrO2)显示出明显的电OER催化活性。但是，使用这些贵金属基材料作为阳极进行大规模制氢受到其高成本和稀缺性的限制。因此，迫切需要设计低成本、高稳定性、高效率的电活性材料，以满足大规模应用的需求。

技术实现思路

[0005]为了解决现有的技术问题，本专利技术提供了一种电场驱动制备M
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(M
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)OOH材料的方法。制备得到的M
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(M
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)OOH材料表现出优异的OER催化活性，并且具有稳定的多相共存的结构以及丰富的氧空位进行电子转移。
[0006]所述的电场驱动制备M
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(M
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)OOH材料的方法为：以水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以惰性电极为阴极，以氯化钠溶液为电解质溶液，外接直流电场；电刻蚀0.5
‑
5h后，将电解质溶液离心、去离子水离心洗涤，干燥黑色沉淀物即得。
[0007]所述惰性电极为石墨、碳布或钛网中的任意一种。
[0008]所述水滑石原位负载碳纤维膜上的水滑石的层板金属为过渡金属。
[0009]所述水滑石原位负载碳纤维膜上的水滑石为镍铁水滑石、镍铝水滑石、镍钴水滑石、镍锰水滑石、钴铝水滑石中的一种或几种。
[0010]所述氯化钠溶液的浓度为0.1
‑
5mol
·
L
‑1。
[0011]所述直流电场的电压为0.1
‑
9V。
[0012]所述干燥采用热空气干燥。
[0013]所述干燥的温度为60
‑
150℃，干燥时间为2
‑
12h。
[0014]将上述制备的M
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)OOH材料作为析氧催化剂的应用。
[0015]有益效果
[0016]本专利技术打破了通过掺杂制备M
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)OOH材料的传统思路，提出了一种双向扩散、自重构的制备多组分M
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)OOH材料的方法。该材料导电性好，比表面积大，暴露了更多的活性位点，增大了电催化活性面积，在碱性电解质中具有更高的OER活性和稳定性。此外，与贵金属催化剂RuO2、IrO2对比，本专利技术的M
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)OOH材料生产成本低、制备简单、能够工业化应用。
附图说明
[0017]图1为实施例1制备Ni(Fe)OOH材料的示意图；
[0018]图2为实施例2制备的Ni(Fe)OOH材料的扫描电镜图；
[0019]图3为实施例7制备的Ni(Fe)OOH材料的扫描电镜图；
[0020]图4为实施例7制备的Ni(Fe)OOH材料的实物图；
[0021]图5为实施例7制备的Ni(Fe)OOH材料的高分辨电镜图；
[0022]图6为实施例8制备的Ni(Al)OOH材料的高分辨电镜图；
[0023]图7为实施例7
‑
12制备的材料的OER性能的LSV图；
[0024]图8为实施例7制备的Ni(Fe)OOH材料的稳定性测试曲线。
具体实施方式
[0025]本专利技术各实施例中所使用的水滑石原位负载碳纤维膜均采用专利CN112316903A中的方法制备。
[0026]实施例1
[0027]以镍铁水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以石墨电极为阴极，5mol/L的氯化钠溶液为电解质溶液，构建Ni(Fe)OOH电催化剂制备体系。
[0028]将制备体系外接直流电场，直流电场电压为0.1V，电刻蚀时间为5h。
[0029]对电解质溶液进行离心去离子水洗涤，置于60℃的热空气中干燥12h，干燥完成后即得该Ni(Fe)OOH材料。
[0030]实施例2
[0031]以镍铁水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以石墨电极为阴极，4mol/L的氯化钠溶液为电解质溶液，构建Ni(Fe)OOH电催化剂制备体系。
[0032]将制备体系外接直流电场，直流电场电压为0.5V，电刻蚀时间为4h。
[0033]对电解质溶液进行离心去离子水洗涤，置于80℃的热空气中干燥10h，干燥完成后即得Ni(Fe)OOH材料。
[0034]实施例3
[0035]以镍铁水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以石墨电极为阴极，3mol/L的氯化钠溶
液为电解质溶液，构建Ni(Fe)OOH电催化剂制备体系。
[0036]将制备体系外接直流电场，直流电场电压为2V，电刻蚀时间为3h。
[0037]对电解质溶液进行离心去离子水洗涤，置于90℃的热空气中干燥8h，干燥完成后即得Ni(Fe)OOH材料。
[0038]实施例4
[0039]以镍铁水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以石墨电极为阴极，2.5mol/L的氯化钠溶液为电解质溶液，构建Ni(Fe)OOH电催化剂制备体系。
[0040]将制备体系外接直流电场，直流电场电压为4V，电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电场驱动制备M
1II
(M
2III
)OOH材料的方法，其特征在于，所述方法的具体操作为：以水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以惰性电极为阴极，以氯化钠溶液为电解质溶液，外接直流电场；电刻蚀0.5
‑
5h后，将电解质溶液离心、去离子水离心洗涤，干燥黑色沉淀物即得。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性电极为石墨、碳布或钛网中的任意一种。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水滑石原位负载碳纤维膜上的水滑石的层板金属为过渡金属。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水滑石原位负载碳纤维膜上的水滑石为镍铁水滑石、镍铝水滑石、镍钴水滑石、镍锰水滑石、钴...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈伟，尹汝涛，宋宇飞，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：