一种水分解用自支撑Ni-MOF衍生的Ni3C/Ni异质结电催化剂的制备方法技术

本发明专利技术提出一种水分解用自支撑Ni

【技术实现步骤摘要】
一种水分解用自支撑Ni
‑
MOF衍生的Ni3C/Ni异质结电催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种可用于阳极析氧、阴极析氢及电解水电催化剂的制备方法，属于材料科学
和电解水领域。

技术介绍

[0002]随着全球能源需求的增加和环境问题的恶化，开发清洁、绿色、可持续的能源作为传统化石燃料的替代品已经迫在眉睫。由于具有较高的燃烧热量，可持续性和零二氧化碳排放等优点，氢气(H2)被认为是一种很有前途的化石燃料替代品。电驱动水解离是生产高纯氧和氢的最有前景和吸引力的方法之一，它由阴极析氢(HER)和阳极析氧(OER)两个半反应构成。到目前为止，制约电解水装置广泛商业应用的主要障碍是缺乏高活性和低成本的电催化剂，要求HER和OER具有较低的过电位。目前，Pt/Ru基化合物被认为是高活性的电解水催化剂，但高成本和稀缺性阻碍了其大规模应用。因此，设计和探索高效、储量丰富、价格低廉的双功能电催化剂来加速HER/OER的缓慢动力学过程是当务之急。其中，Ni在地球上储量丰富，具有代替贵金属元素的巨大潜力。
[0003]此外，在各种镍基催化剂中，碳化镍(Ni3C)作为间质金属化合物，因其类Pt电子结构、高导电性、高耐腐蚀性以及在碱性环境下的高催化稳定性而被公认为有效的电催化材料。因此，将Ni3C与Ni兼容组合形成异质结是优化电催化性能的一种合理有效的方法。然而，由于Ni3C合成工艺复杂、仪器昂贵，也存在一些限制其应用的缺点。镍基前驱体的热处理为合成高质量的Ni3C提供了方向，但高温下的控制仍具有挑战性，因为在较高的温度下，镍基前驱体很容易变成镍单质。近年来，镍基金属
‑
有机骨架(MOF
s
)平台/前驱体在可控热处理过程中直接热解被认为是设计高功能电催化剂的一种有前途的策略，由于金属离子和有机链接剂的独特结构和均匀配位，具有独特的固有电子特性。因此，采用MOFs作为前驱体制备Ni3C/Ni异质结催化剂是一种可行的策略。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种水分解用自支撑Ni
‑
MOF衍生的Ni3C/Ni异质结电催化剂的制备方法，以Ni
‑
MOF自支撑材料为前驱体，在较低温下通过不同时间煅烧自支撑Ni
‑
MOF前驱体来制备具有优异全水解性能的Ni3C/Ni异质结电催化剂。
[0005]本专利技术是采用如下技术方案实现的：
[0006]一种水分解用自支撑Ni
‑
MOF衍生的Ni3C/Ni异质结电催化剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)将一定质量的Ni(NO3)2·
6H2O和HCOOH溶于DMF溶液中搅拌均匀，随后，同泡沫镍基底一起放入水热反应釜中，随后将反应釜置于鼓风干燥箱中进行水热反应，等待冷却，对样品进行洗涤、干燥，得到自支撑Ni
‑
MOF前驱体；
[0008](2)将自支撑Ni
‑
MOF前驱体放入管式炉中，在一定温度下进行煅烧，得到Ni3C/Ni
异质结电催化剂。
[0009]本专利技术制备的催化剂具有以下优点：
[0010](1)通过在氮气气体氛围下煅烧，制备出Ni3C/Ni异质结电催化剂。
[0011](2)异质结的存在，使得衍生物形成疏松多孔的纳米微节结构，有利于电解质溶液的扩散，从而暴露更多活性位点，并促进气泡从催化剂表面释放，有利于提高电解水催化性能。
[0012](3)本专利技术的制备工艺简单且安全环保，易于实现大规模制备。
附图说明
[0013]图1表示实施例1的X射线衍射(XRD)图谱。
[0014]图2表示实施例1的低倍扫描电镜(SEM)图。
[0015]图3表示实施例1的高倍扫描电镜(SEM)图。
[0016]图4表示实施例1的电催化剂在1M KOH中的析氢极化曲线图。
[0017]图5表示实施例1的电催化剂在1M KOH中的析氧极化曲线图。
[0018]图6表示实施例2的X射线衍射(XRD)图谱。
[0019]图7表示实施例2的低倍扫描电镜(SEM)图。
[0020]图8表示实施例2的高倍扫描电镜(SEM)图。
[0021]图9表示实施例2的电催化剂在1M KOH中的析氢极化曲线图。
[0022]图10表示实施例2的电催化剂在1M KOH中的析氧极化曲线图。
[0023]图11表示实施例2的电催化剂在1M KOH中的电解水极化曲线图。
[0024]图12表示实施例3的X射线衍射(XRD)图谱。
[0025]图13表示实施例3的低倍扫描电镜(SEM)图。
[0026]图14表示实施例3的高倍扫描电镜(SEM)图。
[0027]图15表示实施例3的电催化剂在1M KOH中的析氢极化曲线图。
[0028]图16表示实施例3的电催化剂在1M KOH中的析氧极化曲线图。
具体实施方式
[0029]为了更好的理解本专利技术，下面通过结合实例进一步描述本专利技术，但本专利技术的实施方式不局限于此。本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得其它实例，均属于本专利技术保护的范围。
[0030]具体实施例1：
[0031]本实施方式是以泡沫镍(NF)为基底，通过水热法将Ni
‑
MOF原位生长于泡沫镍上(Ni
‑
MOF@NF)。随后在具有还原性气体气氛条件下将Ni
‑
MOF@NF前驱体在一定温度下进行煅烧制备异质结Ni3C/Ni@NF电催化剂。
[0032]上述制备异质结Ni3C/Ni@NF电催化剂的方法按以下步骤进行：
[0033](1)将泡沫镍裁剪成2.5cm
×
3cm的矩形，分别用1.0M的盐酸、丙酮、酒精和超纯水超声处理10min去除表面的氧化层及污物，随后50℃真空干燥10min；
[0034](2)将4.8mM Ni(NO3)
·
6H2O和32.4mM HCOOH放置于20mL的DMF溶液中搅拌均匀，同泡沫镍一起放入水热反应釜中，随后将反应釜置于鼓风干燥箱中进行水热反应，反应时间
为2h，反应温度为100℃，等待冷却，对样品进行洗涤、干燥，得到Ni
‑
MOF@NF前驱体；
[0035](3)将Ni
‑
MOF@NF放置于管式炉中，在氮气气体氛围下250℃煅烧0.5h，得到异质结Ni3C/Ni@NF
‑
0.5电催化剂。本实施例的X射线衍射分析图谱如图1所示，本实施例制备异质结Ni3C/Ni@NF
‑
0.5电催化剂的衍射峰与标准Ni3C和Ni的PDF卡片一致。在扫描电镜下(图2和图3)能够看出本实例Ni3C/Ni@NF
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0.5催化剂具有连续的纳米微节多孔结构生长在泡沫镍基底上。
[0036](4)本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水分解用自支撑Ni
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MOF衍生的Ni3C/Ni异质结电催化剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：(1)对基底进行预处理，将基底分别置于盐酸、丙酮、乙醇和去离子水中超声处理，随后置于真空干燥箱中干燥；(2)将一定质量的Ni(NO3)2·
6H2O和HCOOH溶于DMF溶液中搅拌均匀，随后将绿色溶液倒入聚四氟乙烯内衬中，同基底一起放入水热反应釜中，置于鼓风干燥箱中在一定的温度下进行反应，等待冷却，对样品进行洗涤、干燥，得到自支撑Ni
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MOF前驱体；(3)将自支撑Ni
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MOF前驱体放入管式炉中，在氮气气氛和一定温度下进行煅烧，得到Ni3C/Ni异质结电催化剂。2.根据权利要求1所述的一种水分解用自支撑Ni
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MOF衍生的Ni3C/Ni异质结电催化剂的制备方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：王孝广，王淑敏，马自在，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：