一种双功能电解水催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种双功能电解水催化剂及其制备方法和应用，该方法包括：1)使包括镍源、铁源、CeO2、碱源、水的混合物发生水热反应，得到NiFe

【技术实现步骤摘要】
一种双功能电解水催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术渉及电化学领域，具体涉及一种双功能电解水催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]当前，电催化水分解技术(电解水)被认为是最清洁的能源转换技术之一，该技术包括阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)，这两种反应所使用的电催化剂主要是贵金属类，储量少且成本较高，阻碍了电解水技术的发展。
[0003]NiFe
‑
LDH材料成本较为低廉，是碱性介质中对于OER性能优异的催化剂之一，开发和利用NiFe
‑
LDH材料是当前的研究热点。然而，NiFe
‑
LDH催化HER时性能较差，使得NiFe
‑
LDH难以作为OER和HER双功能电解水催化剂，增加了氢能设备设计和制备的复杂性。
[0004]基于此，开发一种能够用于OER和HER的双功能电解水催化剂，以降低电解水制氢的成本是一项亟待解决的难题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种双功能电解水催化剂的制备方法，该方法能够制备OER和HER双功能电解水催化剂，降低电解水制氢的成本。
[0006]本专利技术还提供一种双功能电解水催化剂，是采用上述方法制得的，该双功能电解水催化剂能够同时作为OER和HER的催化剂，降低了原料和氢能设备成本。
[0007]本专利技术进一步提供一种电解水制氢的方法，采用上述双功能电解水催化剂作为OER和HER催化剂进行电解水反应时，催化活性和催化稳定性能优异。
[0008]本专利技术提供一种双功能电解水催化剂的制备方法，包括：
[0009]1)使包括镍源、铁源、CeO2、碱源、水的混合物发生水热反应，得到NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料；
[0010]2)以泡沫金属为载体，利用粘结剂和分散剂将所述NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料负载到泡沫金属上，得到NiFe
‑
LDH/CeO2/泡沫金属催化剂；
[0011]其中，所述镍源、铁源、CeO2的摩尔比为(2
‑
4)：1：(0.5
‑
0.8)；所述NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料、粘结剂、分散剂的质量体积比为(5
‑
10)mg：(0.05
‑
0.1)mL：(0.5
‑
1.5)mL。
[0012]根据本专利技术的一实施方式，所述碱源包括氢氧化钠和碳酸钠。
[0013]根据本专利技术的一实施方式，所述粘结剂包括萘酚，所述分散剂包括无水乙醇。
[0014]根据本专利技术的一实施方式，步骤1)包括，将所述CeO2分散在水中形成分散液，向所述分散液中同时滴加碱源的水溶液、镍源铁源的混合水溶液，滴加完毕后进行所述水热反应，得到所述NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料；
[0015]控制滴加过程中分散液的pH为9.5
‑
10.5。
[0016]根据本专利技术的一实施方式，所述NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料与所述泡沫金属的质量体积比为(0.005
‑
0.01)g：(2
‑
3)cm3。
[0017]根据本专利技术的一实施方式，所述CeO2包括立方体CeO2。
[0018]根据本专利技术的一实施方式，步骤2)包括：将所述粘结剂、分散剂和NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料的混合物通过空气流负载到泡沫金属上，再经过冷冻干燥，得到所述NiFe
‑
LDH/CeO2/泡沫金属催化剂；
[0019]所述空气流的流速为1
‑
3m；所述冷冻干燥的温度为
‑
20～
‑
10℃，时间为3
‑
6h。
[0020]根据本专利技术的一实施方式，所述水热反应的温度为120
‑
150℃，时间为12
‑
24h。
[0021]本专利技术还提供一种双功能电解水催化剂，采用前述任一项制备方法制得。该双功能电解水催化剂能够同时作为OER和HER催化剂，有效地降低原料成本和氢能装备成本。
[0022]本专利技术还提供一种电解水制氢的方法，采用上述双功能电解水催化剂作为OER和HER的催化剂时，具有较高的催化活性和稳定性。
[0023]本专利技术的制备方法中，在NiFe
‑
LDH上原位嵌入了CeO2，再将嵌有CeO2的NiFe
‑
LDH通过粘结剂和分散剂负载在泡沫金属上，通过控制镍源、铁源、CeO2的摩尔比，以及NiFe
‑
LDH/CeO2、粘结剂和分散剂的质量体积比，使得到的NiFe
‑
LDH/CeO2/泡沫金属催化剂能够同时作为OER和HER催化剂，因而可以降低电解水制氢的成本，并且，该方法制备的双功能电解水催化剂还具有较高的催化活性和催化稳定性，为开发低成本、高活性的双功能电解水催化剂提供了一种有效的设计思路。
附图说明
[0024]图1a是实施例1制备的立方体CeO2的SEM图；
[0025]图1b1是实施例1制备的NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料在200nm尺度下的SEM图；
[0026]图1b2是实施例1制备的NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料在100nm尺度下的SEM图；
[0027]图1c1是实施例8制备的NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料在200nm尺度下的SEM图；
[0028]图1c2是实施例8制备的NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料在100nm尺度下的SEM图；
[0029]图1d1是对比例1制备的NiFe
‑
LDH复合材料在200nm尺度下的SEM图；
[0030]图1d2是对比例1制备的NiFe
‑
LDH复合材料在100nm尺度下的SEM图；
[0031]图2a和图2b是实施例1制备的NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料在100nm的TEM图；
[0032]图2c是实施例1制备的NiFe
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LDH/CeO2复合材料在10nm尺度下的HRTEM图；
[0033]图2d是实施例1制备的NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料在5nm尺度下的HRTEM图；
[0034]图3是实施例1制备的NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料、对比例1制备的NiFe
‑
LDH复合材料的XRD谱图。
具体实施方式
[0035]为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的方案，下面对本专利技术作进一步地详细说明。以下所列举具体实施方式只是对本专利技术的原理和特征进行描本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括：1)使包括镍源、铁源、CeO2、碱源、水的混合物发生水热反应，得到NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料；2)以泡沫金属为载体，利用粘结剂和分散剂将所述NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料负载到泡沫金属上，得到NiFe
‑
LDH/CeO2/泡沫金属催化剂；其中，所述镍源、铁源、CeO2的摩尔比为(2
‑
4)：1：(0.5
‑
0.8)；所述NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料、粘结剂、分散剂的质量体积比为(5
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10)mg：(0.05
‑
0.1)mL：(0.5
‑
1.5)mL。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱源包括氢氧化钠和碳酸钠。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述粘结剂包括萘酚，所述分散剂包括无水乙醇。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1)包括，将所述CeO2分散在水中形成分散液，向所述分散液中同时滴加所述碱源的水溶液、所述镍源和所述铁源的混合水溶液，滴加完毕后进行所述水热反应，得到所述NiFe
‑
LDH/CeO2复合材料；控制滴加过程中分散液的pH为9.5
‑
10.5。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，贾鹏鹏，雷子恒，史元林，
申请(专利权)人：山西迎润新能源有限公司，
类型：发明
国别省市：