CN107398564B - 一种超薄CoNi合金纳米片的制备方法 - Google Patents

一种超薄CoNi合金纳米片的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超薄CoNi合金纳米片的制备方法，该方法先以氯化钴和四氰镍酸钾为前躯体制备钴镍氰胶，然后以硼氢化钠为还原剂，采用在水溶液中加热的方法即可将钴镍氰胶还原成形状规则、尺寸均一的超薄CoNi合金纳米片。本发明制备方法简单、经济，适合工业化大规模生产，且所得超薄CoNi合金纳米片具有良好的稳定性和水溶性，在碱性氢氧化钾溶液中具有很好的OER催化活性和稳定性，在电化学方面具有很好的应用前景。

Description

一种超薄CoNi合金纳米片的制备方法
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种超薄CoNi合金纳米片的制备方法，该CoNi合金纳米片作为催化剂在碱性条件下对析氧反应表现出较高的催化活性和稳定性。
背景技术
近年来，由于贵金属资源稀少，价格昂贵，越来越多的人开始研究非贵金属物质，尤其是非贵金属合金。而磁性金属(如钴、镍)及其合金材料因其具有高强度、防腐蚀、高硬度、强磁性、高催化性能等而备受关注。研究发现，特殊形貌结构的催化性能远远优于普通球形粒子。钴镍合金是一种典型的磁性合金，钴镍合金材料具有良好的耐腐蚀性和热稳定性，相比于单质钴、镍，钴镍合金在很多情况下显示出更为优良的性能，在磁性材料、燃料电池、电子和光电子器件、生物工程材料等领域具有广泛的应用前景，但目前，钴镍合金主要通过加入表面活性剂或微波法来制备得到不同形貌，制备方法较为复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单制备尺寸均一、形貌可控的超薄CoNi合金纳米片的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：将氯化钴水溶液与四氰镍酸钾水溶液混合均匀，静置后得到钴镍氰胶，然后加入硼氢化钠水溶液，在室温至80℃下还原反应1～24小时，离心分离、洗涤、真空干燥，得到超薄CoNi合金纳米片。
上述氯化钴水溶液中氯化钴的浓度为1.5～2.0mol/L，四氰镍酸钾水溶液中四氰镍酸钾的浓度为0.9～1.0mol/L，四氰镍酸钾与氯化钴的摩尔比为1:1.5～2。
上述制备方法中，优选将氯化钴水溶液与四氰镍酸钾水溶液混合均匀，在室温至50℃下静置4～12小时，得到钴镍氰胶。
上述制备方法中，优选四氰镍酸钾与硼氢化钠的摩尔比为1:250～300。
上述制备方法中，进一步优选在60～70℃下还原反应4～8小时。
本发明的有益效果如下：
1、本发明先以氯化钴和四氰镍酸钾为前躯体制备钴镍氰胶，然后以硼氢化钠为还原剂，采用在水溶液中加热的方法还原钴镍氰胶，即可得到超薄CoNi合金纳米片，其中硼氢化钠可加速二价钴与二价镍的还原速度，保证了产物的还原速度差距较小，使钴镍同步还原，从而得到形状规则、尺寸均一的超薄CoNi合金纳米片。
2、本发明操作简单，产品产量高，纯度高，且均一性好，适合大规模生产。
3、本发明制备的超薄CoNi合金纳米片与传统的铱碳催化剂相比，对电压较高时有更好的析氧电催化活性，在电催化应用方面具有巨大的使用潜力。
附图说明
图1是实施例1制备的超薄CoNi合金纳米片的TEM图。
图2是图1的局部放大图。
图3是实施例1制备的超薄CoNi合金纳米片的Co2p的XPS高分辨拟合谱图。
图4是实施例1制备的超薄CoNi合金纳米片的Ni2p的XPS高分辨拟合谱图。
图5是实施例2制备的超薄CoNi合金纳米片的SEM图。
图6是实施例3制备的超薄CoNi合金纳米片的TEM图。
图7是实施例1制备的超薄CoNi纳米片与商业化铱碳催化剂析氧反应性能的测试图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。
实施例1
将0.5mL 2.0mol/L的氯化钴水溶液、0.5mL 1.0mol/L的四氰镍酸钾水溶液加入5mL烧杯中，混合均匀，在40℃下静置8小时，得到钴镍氰胶，然后在搅拌条件下加入50mL3.0mol/L的硼氢化钠水溶液，其中四氰镍酸钾与氯化钴、硼氢化钠的摩尔比为1:2:300，在70℃下还原反应6小时，冷却至常温，离心分离、用去离子水洗涤，在真空烘箱中60℃干燥，即得超薄CoNi合金纳米片(见图1～4)。
实施例2
将0.5mL 1.5mol/L的氯化钴水溶液、0.5mL 1.0mol/L四氰镍酸钾水溶液加入5mL烧杯中，混合均匀，在40℃下静置8小时，得到钴镍氰胶，然后在搅拌条件下加入36mL3.5mol/L的硼氢化钠水溶液，其中四氰镍酸钾与氯化钴、硼氢化钠的摩尔比为1:1.5:250，在70℃下还原反应6小时，冷却至常温，离心分离、用去离子水洗涤，在真空烘箱中60℃干燥，即得超薄CoNi合金纳米片(见图5)。
实施例3
将1mL 2.0mol/L的氯化钴水溶液、1mL 1.0mol/L的四氰镍酸钾水溶液加入5mL烧杯中，混合均匀，在室温下静置12小时，得到钴镍氰胶，然后在搅拌条件下加入100mL3.0mol/L的硼氢化钠水溶液，其中四氰镍酸钾与氯化钴、硼氢化钠的摩尔比为1:2:300，在室温下还原反应24小时，离心分离、用去离子水洗涤，在真空烘箱中60℃干燥，即得超薄CoNi合金纳米片(见图6)。
发明人采用实施例1得到的超薄CoNi合金纳米片电催化析氧，具体方法为：将2mg超薄CoNi合金纳米片加入1mL水溶液中，混合均匀，取所得混合液4μL滴加于铂碳电极上，待干燥后用于电化学测试，测试结果见图7。由图7可见，与商业铱碳(IrC)催化剂相比，本发明制备的超薄CoNi合金纳米片对电催化析氧在电压较高时具有很好的电催化活性。

Claims (5)

1.一种超薄CoNi合金纳米片的制备方法，其特征在于：将氯化钴水溶液与四氰镍酸钾水溶液混合均匀，静置后得到钴镍氰胶，然后加入硼氢化钠水溶液，在室温至80℃下还原反应1～24小时，离心分离、洗涤、真空干燥，得到超薄CoNi合金纳米片。
2.根据权利要求1所述的超薄CoNi合金纳米片的制备方法，其特征在于：所述氯化钴水溶液中氯化钴的浓度为1.5～2.0mol/L，四氰镍酸钾水溶液中四氰镍酸钾的浓度为0.9～1.0mol/L，四氰镍酸钾与氯化钴的摩尔比为1:1.5～2。
3.根据权利要求1或2所述的超薄CoNi合金纳米片的制备方法，其特征在于：将氯化钴水溶液与四氰镍酸钾水溶液混合均匀，在室温至50℃下静置4～12小时，得到钴镍氰胶。
4.根据权利要求1所述的超薄CoNi合金纳米片的制备方法，其特征在于：所述四氰镍酸钾与硼氢化钠的摩尔比为1:250～300。
5.根据权利要求1所述的超薄CoNi合金纳米片的制备方法，其特征在于：在60～70℃下还原反应4～8小时。
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