CN107326392B - 一种析氢析氧催化剂的制备方法 - Google Patents

一种析氢析氧催化剂的制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN107326392B
CN107326392B CN201710373829.XA CN201710373829A CN107326392B CN 107326392 B CN107326392 B CN 107326392B CN 201710373829 A CN201710373829 A CN 201710373829A CN 107326392 B CN107326392 B CN 107326392B
Authority
CN
China
Prior art keywords
electrode
mno
preparation
foam
liberation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201710373829.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN107326392A (zh
Inventor
喻泽斌
黄丽蓉
高丽红
吕保玉
胡晓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Guangxi University
Original Assignee
Guangxi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Guangxi University filed Critical Guangxi University
Priority to CN201710373829.XA priority Critical patent/CN107326392B/zh
Publication of CN107326392A publication Critical patent/CN107326392A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107326392B publication Critical patent/CN107326392B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C22/00—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
    • C23C22/05—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions
    • C23C22/60—Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive liquid, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using aqueous solutions using alkaline aqueous solutions with pH greater than 8
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D9/00—Electrolytic coating other than with metals
    • C25D9/04—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials
    • C25D9/08—Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials by cathodic processes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

本发明公开了一种析氢析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)准备泡沫镍基材，对泡沫镍基材进行预处理；(2)原位生长法，配制NaOH溶液，将NaOH溶液和泡沫镍混合置入反应釜中反应，反应完成后对泡沫镍进行冲洗，干燥，得到Ni(OH)2/泡沫镍电极；(3)电沉积法，以KMnO4为锰源，配制电沉积液，惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)2/泡沫镍电极为阴极，外加恒电流进行电沉积，制备得到MnO2‑Ni(OH)2/泡沫镍电极。本发明析氢析氧催化剂的制备方法，采用原位生长和电沉积法制备MnO2‑Ni(OH)2/泡沫镍，MnO2、Ni(OH)2呈微米形状负载于泡沫镍上，提高了原泡沫镍电极材料的表面积，促进了电极的电催化活性。由Ni(OH)2和MnO2复合的析氢析氧催化剂MnO2‑Ni(OH)2/泡沫镍，可以作为电解水装置的阴阳极。

Description

一种析氢析氧催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及电解水技术领域，特别涉及一种析氢析氧催化剂的制备方法。
背景技术
能源和环境是人类赖以生存的基础，社会持续发展的动力。目前，世界能源主要来源于煤炭、石油和天然气等化石能源，其形成的过程非常漫长，而随着全球人口的激增及经济的发展，人类对化石能源的开采速度远大于其累积速率。同时，化石能源燃烧时排放大量的二氧化碳、氮氧化物和粉尘等污染物，带来了雾霾、酸雨和温室效应等环境问题，严重的威胁到人类的健康与生存。在一定的程度，人类进一步加剧了世界的能源危机和环境问题。但为了解决当前能源危机和环境问题，来实现人类社会和环境的可持续发展，我们除了要提高环保意识，注重生态保护，更加紧迫的是寻找新的替代能源和清洁能源，尤其是可再生能源。
现今，存在的可再生能源包括太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等，这些能源均来自太阳，可以重复产生利用。并且人们对可再生资源的开发和利用已经有了很大发展和进步，但是由于这些能源在换能和储能方式受到天气、地理等多方面因素的影响，在实际生活中只能实行间歇式供能。而氢能作为可储存、高效、清洁和可再生的新能源，成为21世纪最具发展潜力的清洁能源，但是如何可持续地产氢是未来人类步入氢能经济首先要解决的问题。
利用太阳能电解水制备氢气，被认为是最有前途和可持续的产氢途径，但目前相对昂贵的电解水成本限制了电解制氢技术的发展。水解的吉布斯自由能小于0，从热力学角度来说无法自发进行，所以要求高效催化剂通过降低活化能来提高反应速率、降低能耗。水电解总反应式包含两个半反应式：阴极半反应和阳极的半反应。Pt族金属和Ru、Ir基化合物分别被认为是HER和OER活性最先进的催化剂，IrO2和Pt用于OER和HER，在施加外部电压1.5V时就可达到10mA·cm-2电流密度(用于集成太阳能水分解)。但是由于Pt、Ir、Ru都是贵金属，生产成本高，不利于大批量的使用，迫切寻找地球上丰富且高催化活性、稳定性好的非贵金属替代这些贵金属催化电解水。同时，为了进行持续水裂解反应，必须使HER和OER的催化剂放在相同的电解液中，考虑到一般HER催化剂在酸性溶液中的过电位比较低、催化活性高和材料稳定性好，而OER催化剂通常只有在碱性溶液中才具备更高的催化活性和材料稳定性等特点，因此，从简化水电解***的复杂性，降低***成本的角度出发，地球含量丰富的非贵金属析氢析氧催化剂成为目前国际研究热点之一。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种析氢析氧催化剂的制备方法，制备得到的催化剂适用于同一种电解液中进行析氢和析氧反应，能降低催化剂的成本及析氢、析氧的过电位，提高催化剂的催化性能，为电解水装置提供阴阳极催化剂，保证电解水产氢快速、高效进行。
为实现上述目的，本发明提供了一种析氢析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)准备泡沫镍基材，对泡沫镍基材进行预处理；
(2)原位生长法，配制NaOH溶液，将NaOH溶液和泡沫镍混合置入反应釜中反应，反应完成后对泡沫镍进行冲洗，干燥，得到Ni(OH)2/泡沫镍电极；
(3)电沉积法，以KMnO4为锰源，配制电沉积液，惰性石墨电极为阳极，所述步骤(2)制备得到的Ni(OH)2/泡沫镍电极为阴极，外加恒电流进行电沉积，制备得到MnO2-Ni(OH)2/泡沫镍电极。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(1)中的预处理为，将泡沫基材至于浓度为1-3mol/L的HCl溶液中处理10-20min，取出泡沫基材依次在乙醇、去离子水中超声10-20min。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)中NaOH溶液的浓度为0.01mol/L。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)中反应釜的反应条件为，在温度为140-180℃的温度下，反应12-24h。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)中干燥为在温度为50-60℃的条件下进行干燥。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(2)中反应釜为聚四氟乙烯内衬的反应釜。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(3)中KMnO4溶液，浓度为0.0125-0.1mol/L。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(3)中外加恒电流：电流密度为5-20mA。
优选地，上述技术方案中，所述步骤(3)中电沉积的沉积时间为15-60min。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明析氢析氧催化剂的制备方法，采用原位生长和电沉积法制备MnO2-Ni(OH)2/泡沫镍，不但制备条件易于控制，而且MnO2、Ni(OH)2呈微米形状负载于泡沫镍上，提高了原泡沫镍电极材料的表面积，促进了电极的电催化活性。
(2)采用泡沫镍为析氢析氧催化剂的基底材料，一方面由于泡沫镍具有刚性强、呈网状的结构特点增大了复合电极的表面积，则有利于传质和提高了电极的电化学活性；另一方面在基底材料上原位生长的Ni(OH)2，既降低了成本又使Ni(OH)2与基底材料结合更加牢固，提高了催化剂的稳定性。
(3)引入具有高电容性和高析氧性能的MnO2，对于提高析氢析氧催化剂的催化性能和降低析氧过电位上起到了极大的作用。
(4)由Ni(OH)2和MnO2复合的析氢析氧催化剂MnO2-Ni(OH)2/泡沫镍，可以作为电解水装置的阴阳极，给持续水裂解反应提供了具有较大实际应用意义的前提。
附图说明
图1-a是根据本发明析氢析氧催化剂的制备方法中使用泡沫镍的泡沫镍电极的SEM图。
图1-b是根据本发明的析氢析氧催化剂的制备方法中步骤(2)制备得到的Ni(OH)2/泡沫镍电极的SEM图。
图1-c是实施例1制备得到MnO2/NF电极的SEM图。
图1-d是根据本发明的析氢析氧催化剂的制备方法制备得到MnO2-Ni(OH)2/NF电极的SEM图。
图2是NF、Ni(OH)2/NF电极、MnO2/NF电极和MnO2-Ni(OH)2/NF电极的XRD图
图3-a是实施例1-3的析氢析氧催化剂的制备方法中不同KMnO4溶液浓度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图3-b是实施例1-3的析氢析氧催化剂的制备方法中不同KMnO4溶液浓度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
图4-a是实施例1、实施例4和实施例5的析氢析氧催化剂的制备方法中不同电流密度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图4-b是实施例1、实施例4和实施例5的析氢析氧催化剂的制备方法中不同电流密度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧的反应LSV图。
图5-a是实施例1、实施例6和实施例7的析氢析氧催化剂的制备方法中不同电沉积时间条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图5-b是实施例1、实施例6和实施例7的析氢析氧催化剂的制备方法中不同电沉积时间条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
实施例1
MnO2-Ni(OH)2/NF电极材料的制备过程：
(1)基材预处理：首先，将泡沫镍基体材料剪成3cm×5cm大小，将剪裁好的泡沫镍基体材料置于2mol/L的HCl中处理15min，以除去表面的氧化层；随后，将经酸处理的泡沫镍基体依次在乙醇、去离子水中超声15min，除去表面的有机物；检测泡沫镍基材的SEM图，如图1-a所示；检测泡沫镍基材的XRD图，如图2所示。
(2)原位生长法：配制浓度为0.1mol/L NaOH溶液60mL，把充分混合的溶液和预处理过的泡沫镍(NF)转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃的温度下，反应16h后，自然冷却到室温，再将冷却到室温的样品用去离子水冲洗干净，在温度为55℃的条件下，进行干燥，得到Ni(OH)2/NF电极；检测制备得到的Ni(OH)2/NF(即为Ni(OH)2/泡沫镍)电极的SEM图，如图1-b所示；检测Ni(OH)2/NF电极的XRD图，如图2所示。
(3)电沉积法：配制100mL电沉积液，以KMnO4为锰源，其浓度为0.025mol/L，用3cm×5cm惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)2/NF电极为阴极，保持阴极和阳极间的距离为4cm，在室温条件下，外加恒电流为10mA，电沉积30min制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极。检测制备得到的MnO2-Ni(OH)2/NF电极的SEM图，如图1-d所示；检测MnO2-Ni(OH)2/NF电极的XRD图，如图2所示。
在0.5mol/L KOH溶液条件下，以铂电极为对电极、Hg|HgO|OH-(1M KOH)为参比电极及MnO2-Ni(OH)2/NF电极为工作电极的三电极体系情况下，测定MnO2-Ni(OH)2/NF(即为MnO2-Ni(OH)2/泡沫镍)电极的电催化性能。检测结果如图3-a和图3-b所示。
图3-a为实施例1-3中，不同KMnO4溶液浓度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图3-b为实施例1-3中，不同KMnO4溶液浓度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
MnO2/NF电极材料的制备过程：
(1)基材预处理：首先，将泡沫镍基体材料剪成3cm×5cm大小，将剪裁好的泡沫镍基体材料置于2mol/L的HCl中处理15min，以除去表面的氧化层；随后，将经酸处理的泡沫镍基体依次在乙醇、去离子水中超声15min，除去表面的有机物；
(2)电沉积法：配制100mL电沉积液，以KMnO4为锰源，其浓度为0.025mol/L，用3cm×5cm惰性石墨电极为阳极，泡沫镍(NF)电极为阴极，保持阴极和阳极间的距离为4cm，在室温条件下，外加恒电流为10mA，电沉积30min制备MnO2/NF电极。检测制备得到的MnO2/NF电极的SEM图，如图1-c所示；检测MnO2/NF电极的XRD图，如图2所示。
实施例2
MnO2-Ni(OH)2/NF电极材料的制备过程：
(1)基材预处理：首先，将泡沫镍基体材料剪成3cm×5cm大小，将剪裁好的泡沫镍基体材料置于2mol/L的HCl中处理15min，以除去表面的氧化层；随后，将经酸处理的泡沫镍基体依次在乙醇、去离子水中超声15min，除去表面的有机物；
(2)原位生长法：配制浓度为0.1mol/L NaOH溶液60mL，把充分混合的溶液和预处理过的泡沫镍(NF)转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃的温度下，反应16h后，自然冷却到室温，再将冷却到室温的样品用去离子水冲洗干净，在温度为55℃的条件下，进行干燥，得到Ni(OH)2/NF电极；
(3)电沉积法：配制100mL电沉积液，以KMnO4为锰源，其浓度为0.0125mol/L，用3cm×5cm惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)2/NF电极为阴极，保持阴极和阳极间的距离为4cm，在室温条件下，外加恒电流为10mA，电沉积30min制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极。
在0.5mol/L KOH溶液条件下，以铂电极为对电极、Hg|HgO|OH-(1M KOH)为参比电极及MnO2-Ni(OH)2/NF电极为工作电极的三电极体系情况下，测定MnO2-Ni(OH)2/NF电极的电催化性能。检测结果如图3-a和图3-b所示。
图3-a为实施例1-3中，不同KMnO4溶液浓度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图3-b为实施例1-3中，不同KMnO4溶液浓度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
实施例3
MnO2-Ni(OH)2/NF电极材料的制备过程：
(1)基材预处理：首先，将泡沫镍基体材料剪成3cm×5cm大小，将剪裁好的泡沫镍基体材料置于2mol/L的HCl中处理15min，以除去表面的氧化层；随后，将经酸处理的泡沫镍基体依次在乙醇、去离子水中超声15min，除去表面的有机物；
(2)原位生长法：配制浓度为0.1mol/L NaOH溶液60mL，把充分混合的溶液和预处理过的泡沫镍(NF)转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃的温度下，反应16h后，自然冷却到室温，再将冷却到室温的样品用去离子水冲洗干净，在温度为55℃的条件下，进行干燥，得到Ni(OH)2/NF电极；
(3)电沉积法：配制100mL电沉积液，以KMnO4为锰源，其浓度为0.1mol/L，用3cm×5cm惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)2/NF电极为阴极，保持阴极和阳极间的距离为4cm，在室温条件下，外加恒电流为10mA，电沉积30min制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极。
在0.5mol/L KOH溶液条件下，以铂电极为对电极、Hg|HgO|OH-(1M KOH)为参比电极及MnO2-Ni(OH)2/NF电极为工作电极的三电极体系情况下，测定MnO2-Ni(OH)2/NF电极的电催化性能。检测结果如图3-a和图3-b所示。
图3-a为实施例1-3中，不同KMnO4溶液浓度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图3-b为实施例1-3中，不同KMnO4溶液浓度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
实施例4
MnO2-Ni(OH)2/NF电极材料的制备过程：
(1)基材预处理：首先，将泡沫镍基体材料剪成3cm×5cm大小，将剪裁好的泡沫镍基体材料置于2mol/L的HCl中处理15min，以除去表面的氧化层；随后，将经酸处理的泡沫镍基体依次在乙醇、去离子水中超声15min，除去表面的有机物；
(2)原位生长法：配制浓度为0.1mol/L NaOH溶液60mL，把充分混合的溶液和预处理过的泡沫镍(NF)转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃的温度下，反应16h后，自然冷却到室温，再将冷却到室温的样品用去离子水冲洗干净，在温度为55℃的条件下，进行干燥，得到Ni(OH)2/NF电极；
(3)电沉积法：配制100mL电沉积液，以KMnO4为锰源，其浓度为0.025mol/L，用3cm×5cm惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)2/NF电极为阴极，保持阴极和阳极间的距离为4cm，在室温条件下，外加恒电流为5mA，电沉积30min制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极。
在0.5mol/L KOH溶液条件下，以铂电极为对电极、Hg|HgO|OH-(1M KOH)为参比电极及MnO2-Ni(OH)2/NF电极为工作电极的三电极体系情况下，测定MnO2-Ni(OH)2/NF电极的电催化性能。检测结果如图4-a和图4-b所示。
图4-a为实施例1、实施例4和实施例5中，不同电流密度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图4-b为实施例1、实施例4和实施例5中，不同电流密度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
实施例5
MnO2-Ni(OH)2/NF电极材料的制备过程：
(1)基材预处理：首先，将泡沫镍基体材料剪成3cm×5cm大小，将剪裁好的泡沫镍基体材料置于2mol/L的HCl中处理15min，以除去表面的氧化层；随后，将经酸处理的泡沫镍基体依次在乙醇、去离子水中超声15min，除去表面的有机物；
(2)原位生长法：配制浓度为0.1mol/L NaOH溶液60mL，把充分混合的溶液和预处理过的泡沫镍(NF)转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃的温度下，反应16h后，自然冷却到室温，再将冷却到室温的样品用去离子水冲洗干净，在温度为55℃的条件下，进行干燥，得到Ni(OH)2/NF电极；
(3)电沉积法：配制100mL电沉积液，以KMnO4为锰源，其浓度为0.025mol/L，用3cm×5cm惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)2/NF电极为阴极，保持阴极和阳极间的距离为4cm，在室温条件下，外加恒电流为20mA，电沉积30min制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极。
在0.5mol/L KOH溶液条件下，以铂电极为对电极、Hg|HgO|OH-(1M KOH)为参比电极及MnO2-Ni(OH)2/NF电极为工作电极的三电极体系情况下，测定MnO2-Ni(OH)2/NF电极的电催化性能。检测结果如图4-a和图4-b所示。
图4-a为实施例1、实施例4和实施例5中，不同电流密度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图4-b为实施例1、实施例4和实施例5中，不同电流密度条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
实施例6
MnO2-Ni(OH)2/NF电极材料的制备过程：
(1)基材预处理：首先，将泡沫镍基体材料剪成3cm×5cm大小，将剪裁好的泡沫镍基体材料置于2mol/L的HCl中处理15min，以除去表面的氧化层；随后，将经酸处理的泡沫镍基体依次在乙醇、去离子水中超声15min，除去表面的有机物；
(2)原位生长法：配制浓度为0.1mol/L NaOH溶液60mL，把充分混合的溶液和预处理过的泡沫镍(NF)转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃的温度下，反应16h后，自然冷却到室温，再将冷却到室温的样品用去离子水冲洗干净，在温度为55℃的条件下，进行干燥，得到Ni(OH)2/NF电极；
(3)电沉积法：配制100mL电沉积液，以KMnO4为锰源，其浓度为0.025mol/L，用3cm×5cm惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)2/NF电极为阴极，保持阴极和阳极间的距离为4cm，在室温条件下，外加恒电流为10mA，电沉积15min制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极。
在0.5mol/L KOH溶液条件下，以铂电极为对电极、Hg|HgO|OH-(1M KOH)为参比电极及MnO2-Ni(OH)2/NF电极为工作电极的三电极体系情况下，测定MnO2-Ni(OH)2/NF电极的电催化性能。检测结果如图5-a和图5-b所示。
图5-a为实施例1、实施例6和实施例7中，不同电沉积时间条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图5-b为实施例1、实施例6和实施例7中，不同电沉积时间条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
实施例7
MnO2-Ni(OH)2/NF电极材料的制备过程：
(1)基材预处理：首先，将泡沫镍基体材料剪成3cm×5cm大小，将剪裁好的泡沫镍基体材料置于2mol/L的HCl中处理15min，以除去表面的氧化层；随后，将经酸处理的泡沫镍基体依次在乙醇、去离子水中超声15min，除去表面的有机物；
(2)原位生长法：配制浓度为0.1mol/L NaOH溶液60mL，把充分混合的溶液和预处理过的泡沫镍(NF)转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的反应釜中，在160℃的温度下，反应16h后，自然冷却到室温，再将冷却到室温的样品用去离子水冲洗干净，在温度为55℃的条件下，进行干燥，得到Ni(OH)2/NF电极；
(3)电沉积法：配制100mL电沉积液，以KMnO4为锰源，其浓度为0.025mol/L，用3cm×5cm惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)2/NF电极为阴极，保持阴极和阳极间的距离为4cm，在室温条件下，外加恒电流为10mA，电沉积60min制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极。
在0.5mol/L KOH溶液条件下，以铂电极为对电极、Hg|HgO|OH-(1M KOH)为参比电极及MnO2-Ni(OH)2/NF电极为工作电极的三电极体系情况下，测定MnO2-Ni(OH)2/NF电极的电催化性能。检测结果如图5-a和图5-b所示。
图5-a为实施例1、实施例6和实施例7中，不同电沉积时间条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氢反应的LSV图。
图5-b为实施例1、实施例6和实施例7中，不同电沉积时间条件下制备得到的制备MnO2-Ni(OH)2/NF电极析氧反应的LSV图。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (6)

1.一种析氢析氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)准备泡沫镍基材，对泡沫镍基材进行预处理；
(2)原位生长法，配制NaOH溶液，将NaOH溶液和泡沫镍混合置入反应釜中反应，反应完成后对泡沫镍进行冲洗，干燥，得到Ni(OH)2/泡沫镍电极；反应釜的反应条件为，在温度为140-180℃的温度下，反应12-24h；
(3)电沉积法，以KMnO4为锰源，配制电沉积液，惰性石墨电极为阳极，所述步骤(2)制备得到的Ni(OH)2/泡沫镍电极为阴极，外加恒电流进行电沉积，制备得到MnO2-Ni(OH)2/泡沫镍电极；所述步骤(3)中KMnO4溶液，浓度为0.0125-0.1mol/L；外加恒电流：电流为5-20mA。
2.根据权利要求1所述的析氢析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的预处理为，将泡沫基材至于浓度为1-3mol/L的HCl溶液中处理10-20min，取出泡沫基材依次在乙醇、去离子水中超声10-20min。
3.根据权利要求1所述的析氢析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中NaOH溶液的浓度为0.01mol/L。
4.根据权利要求1所述的析氢析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中干燥为在温度为50-60℃的条件下进行干燥。
5.根据权利要求1所述的析氢析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中反应釜为聚四氟乙烯内衬的反应釜。
6.根据权利要求1所述的析氢析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中电沉积的沉积时间为15-60min。
CN201710373829.XA 2017-05-24 2017-05-24 一种析氢析氧催化剂的制备方法 Active CN107326392B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710373829.XA CN107326392B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种析氢析氧催化剂的制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710373829.XA CN107326392B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种析氢析氧催化剂的制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107326392A CN107326392A (zh) 2017-11-07
CN107326392B true CN107326392B (zh) 2019-06-25

Family

ID=60193871

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710373829.XA Active CN107326392B (zh) 2017-05-24 2017-05-24 一种析氢析氧催化剂的制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107326392B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108425144B (zh) * 2018-03-23 2020-04-24 陕西师范大学 一种电催化全分解水产氢产氧的喀斯特泡沫镍的制备方法
US11447882B2 (en) * 2018-04-12 2022-09-20 University Of Houston System Methods for making bifunctional porous non-noble metal phosphide catalyst for overall water splitting, electrodes for overall water splitting, and methods for electrocatalytic water splitting
CN110496621A (zh) * 2018-05-17 2019-11-26 天津大学 一种自支撑复合电催化剂及其制备方法和应用
CN109225252B (zh) * 2018-09-29 2021-08-10 陕西科技大学 一种锰镍双金属氢氧化物双功能电催化剂的制备方法
CN110306204B (zh) * 2019-04-04 2021-06-01 武汉工程大学 一种掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料及其制备方法与应用
CN110565113B (zh) * 2019-08-21 2021-03-26 井冈山大学 一种用于碱性电催化析氢的复合电催化材料的制备方法
CN111569884B (zh) * 2020-05-27 2022-11-11 上海科技大学 一种Ni-Fe催化剂及其制备方法与应用
CN111627726A (zh) * 2020-06-05 2020-09-04 苏州机数芯微科技有限公司 一种多孔泡沫镍负载氧化锰纳米片阵列的制备方法及应用
CN111740125B (zh) * 2020-07-08 2022-04-15 宁波大学 锌空气电池阴极材料、全固态锌空气电池及其制备方法
CN113060800A (zh) * 2021-03-19 2021-07-02 西安建筑科技大学 一种双金属氧化物改性泡沫镍复合电极的制备方法及应用
CN114892207A (zh) * 2022-04-29 2022-08-12 江苏大学 一种NiFeCo-LDH/NF电催化剂及制备方法
CN114959776B (zh) * 2022-05-30 2024-05-07 武汉理工大学 一种三维多孔Ni-Mo-Cu催化剂及其制备方法和应用

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082268A (zh) * 2011-01-06 2011-06-01 哈尔滨工程大学 泡沫镍原位制备Ni(OH)2的镍氢电池正极材料的方法
CN102664107A (zh) * 2012-05-31 2012-09-12 北京科技大学 一种纳米二氧化锰电极的制备方法
CN102709058A (zh) * 2012-07-01 2012-10-03 吉林大学 制备超级电容器二氧化锰-氢氧化镍复合电极材料的方法
CN105304352A (zh) * 2015-10-12 2016-02-03 哈尔滨工业大学深圳研究生院 泡沫镍自反应制备二氧化锰/氢氧化镍复合纳米片的方法及其超级电容器应用
CN105469901A (zh) * 2015-11-20 2016-04-06 燕山大学 一种基于原位生长制备氢氧化镍-氧化镍薄膜电极的方法
CN105719851A (zh) * 2016-01-26 2016-06-29 华中科技大学 一种MnO2/Ni复合材料的制备方法及产品
CN106158394A (zh) * 2016-06-29 2016-11-23 西北师范大学 一种泡沫镍基超级电容器电极材料的制备方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102082268A (zh) * 2011-01-06 2011-06-01 哈尔滨工程大学 泡沫镍原位制备Ni(OH)2的镍氢电池正极材料的方法
CN102664107A (zh) * 2012-05-31 2012-09-12 北京科技大学 一种纳米二氧化锰电极的制备方法
CN102709058A (zh) * 2012-07-01 2012-10-03 吉林大学 制备超级电容器二氧化锰-氢氧化镍复合电极材料的方法
CN105304352A (zh) * 2015-10-12 2016-02-03 哈尔滨工业大学深圳研究生院 泡沫镍自反应制备二氧化锰/氢氧化镍复合纳米片的方法及其超级电容器应用
CN105469901A (zh) * 2015-11-20 2016-04-06 燕山大学 一种基于原位生长制备氢氧化镍-氧化镍薄膜电极的方法
CN105719851A (zh) * 2016-01-26 2016-06-29 华中科技大学 一种MnO2/Ni复合材料的制备方法及产品
CN106158394A (zh) * 2016-06-29 2016-11-23 西北师范大学 一种泡沫镍基超级电容器电极材料的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Manganese oxide films for electrochemical supercapacitors;J. Wei等;《Journal of Materials Processing Technology》;20071231;第186卷;第356–361页

Also Published As

Publication number Publication date
CN107326392A (zh) 2017-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107326392B (zh) 一种析氢析氧催化剂的制备方法
CN111313041B (zh) 镍铁氢氧化物电催化剂以及制备方法与应用、自供能***及其应用
CN107262118B (zh) 三维电解水阳极析氧催化剂Fe-NiSe/NF的制备方法
CN112342565B (zh) 一种高效铁钴层状双金属氢氧化物耦合镍钼氢氧化物析氢电极及其制备方法
CN107904614B (zh) 一种Ni3S2@Ni-Fe LDH析氧电催化电极及其制备方法与应用
CN106967986B (zh) 一种具有分级结构的氢氧化镍/镍/石墨烯复合析氢电极的制备方法
CN110129825B (zh) 一种高效Ni/Ni(OH)2析氢电极及其制备方法
CN108425144B (zh) 一种电催化全分解水产氢产氧的喀斯特泡沫镍的制备方法
CN110327961A (zh) 一种黑磷-活化石墨烯异质结负载氮化镍颗粒的制备方法
CN108671923A (zh) 用于电解水的铜氧化物/钴氧化物核壳结构催化剂及其制备方法
CN104008889B (zh) 一种高性能超级电容器及其制备方法
CN110424023A (zh) 一种镍/氧化钒析氢电极及制备方法、应用
CN110373685A (zh) NiS2-MoS2/PVEIB/PPy/GO材料及基于其的HER电催化修饰电极
CN112808274A (zh) 室温方法制备高性能的铁掺杂镍或钴基非晶态羟基氧化物催化剂及其高效电解水制氢研究
CN103924263A (zh) 一种高性能镍基含钌复合氧化物析氢电极的制备方法
CN113908870B (zh) 双功能非贵金属氮化物催化剂的可控制备和大电流电解尿素制氢应用
CN110093626A (zh) 一种Ni3Se4/NiO异质结复合材料的制备方法及应用
CN108842168B (zh) 一种两步电化学法制备g-C3N4/MMO复合薄膜光电极
CN104362197B (zh) 一种立体采光式全固态太阳能电池及其制备方法
CN109092288A (zh) 一种二氧化碳电化学还原锡铅合金催化剂的制备及应用
CN114082419B (zh) 机械搅拌法制备非晶态羟基氧化物催化剂及其高效电解水制氢研究
CN109603859A (zh) 一种具有纳米网三维结构的***镍钴电催化剂及其应用
CN103219565B (zh) 逆光电化学电池
CN104928713A (zh) 导电聚合物包覆的镍基产氢电极的制备方法及其用途
CN114855205B (zh) 一种多级结构的三元金属硫化物三维电极的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant