CN107871875B - 一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用 - Google Patents

一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN107871875B
CN107871875B CN201610851613.5A CN201610851613A CN107871875B CN 107871875 B CN107871875 B CN 107871875B CN 201610851613 A CN201610851613 A CN 201610851613A CN 107871875 B CN107871875 B CN 107871875B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nickel
solution
oxygen evolution
salt
ferrous
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
CN201610851613.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107871875A (zh
Inventor
杨维慎
朱凯月
朱雪峰
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.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
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 Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201610851613.5A priority Critical patent/CN107871875B/zh
Publication of CN107871875A publication Critical patent/CN107871875A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107871875B publication Critical patent/CN107871875B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/74—Iron group metals
    • B01J23/755—Nickel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/90—Selection of catalytic material
    • H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
    • 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
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

本发明涉及一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用，所述方法包括将镍铁盐溶液和碱溶液的混合体系暴露于氧化性气氛中反应的步骤；所述的镍铁盐溶液是可溶性亚铁盐和可溶性镍盐溶解于水并均匀混合所得溶液；所述的可溶性亚铁盐选自硫酸亚铁、氯化亚铁或乙酸亚铁；所述的可溶性镍盐选自硫酸镍、氯化镍或乙酸镍。采用本发明的方法生产所述OER催化剂所需设备简单，操作方便，成本低。同时所制备的Fe3+掺杂的β‑Ni(OH)2催化剂呈现纳米棒状微观形态，具有很好的OER活性，活性和稳定性均优于之前报道的NiFe层状双氢氧化物和目前性能最好的IrO2。因此可作为可再生燃料电池、可充电金属空气电池、电解水等领域的电催化剂。

Description

一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用
技术领域
本发明属于电化学催化剂的制备领域，涉及一类可用于催化析氧反应(OER)的Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2纳米棒的制备方法。
背景技术
现代社会中，人们的衣食住行都紧紧地与能源供应和消费相联系，如烧火做饭、取暖、照明、交通运输、工业生产等都离不开能源。可以说，没有能源工业就没有现代文明。此外，化石类能源是不洁净能源，在满足人们绝大部分能源需求的同时，也向自然界排放了大量的废水、废气、废渣，造成了酸雨危害、温室效应、臭氧层破坏和化学定时炸弹的威胁等全球性环境问题。在21世纪，随着全球经济的持续发展，其所依赖的化石能源，特别是石油、煤炭、天然气等正面临着严重的资源枯竭问题，节约资源、高效利用现有资源、开发洁净能源和新技术是21世纪世界能源科技的主题。而金属空气电池具有原材料丰富、安全环保、能量密度高等优点，被称为“面向21世纪的新型绿色能源”。金属空气电池的阳极为活泼金属(如Mg、Al和Zn等)，放电时金属M被氧化成相应的金属离子M+；充电时为金属离子还原成相应的金属。阴极活性物质为空气中的氧气，放电时O2被还原成OH-；充电时OH-被氧化O2析出。金属空气燃料电池的燃料金属M和氧化剂O2可通过充电过程得以“再生”，起到蓄能作用。
然而由于析氧反应缓慢的动力学过程，氧气析出需要的电压远远高于热力学电势，严重限制了可充电金属空气电池的应用。到目前为止，IrO2是在碱性体系中性能和稳定性最好的OER催化剂，但由于其在地球上的含量稀少，价格昂贵，大大限制了它们商业化的应用。因此开发价格低廉、稳定高效的OER催化剂具有重要的意义。
除了贵金属，同时含有镍铁的氧化物或氢氧化物在碱性介质中具有较高的析氧催化活性。有趣的是，单独的氢氧化镍和铁氧化物催化OER的性能很差，但是复合的镍铁氢氧化物就表现出优异的OER性能。2014年，Boettcher等人通过原位电化学方法制备出Ni1- xFexOOH薄膜，用于氧气析出，发现掺入的Fe不仅提高薄膜的导电性还促进了Ni的部分电荷转移作用，从而明显提高了OER性能。2015年，Dai等人利用碳纳米管的高导电性，将Ni-Fe层状双氢氧化物(与α-Ni(OH)2结构相似)与碳纳米管复合得到高性能的OER催化剂，并将其发表在《Journal of the American Chemical Society》上。2016年，Yan等人在《Electrochemistry Communications》报道了通过水热方法制得纳米片状的Ni-Fe层状双氢氧化物用于催化OER。但是之前的研究主要侧重在原位电化学生成的铁掺杂的γ-NiOOH和Ni-Fe层状双氢氧化物。此外相比于商业化的IrO2，这些催化剂仍然存在稳定性差，催化剂合成复杂等问题。
发明内容
本发明旨在针对现有OER催化剂价格昂贵、催化电流密度低，过电位高、稳定性差、合成方法复杂问题，提出解决方案。为此本发明***地提供一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用。
首先，本发明所述的析氧反应(OER)电催化剂的制备方法包括将镍铁盐溶液和碱溶液的混合体系暴露于氧化性气氛中反应的步骤；所述的镍铁盐溶液是可溶性亚铁盐和可溶性镍盐溶解于水并均匀混合所得溶液；所述的可溶性亚铁盐选自硫酸亚铁、氯化亚铁或乙酸亚铁；所述的可溶性镍盐选自硫酸镍、氯化镍或乙酸镍。
该合成方法所需设备简单，操作方便，成本低。另一方面，通过上述方法制备得到的是Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2。是具有纳米棒微观结构的析氧反应电催化剂，具备非常优异的OER活性。Tafel斜率可达到32mV dec-1，过电位为0.26V时电流密度为10mA cm-2，并且活性和稳定性均优于现有技术中报导的NiFe层状双氢氧化物和目前性能最好的IrO2。可作为可再生燃料电池、可充电金属空气电池、电解水等领域的电催化剂。
基于此，本发明再一方面的目的在于提供上述本发明的Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2在析氧反应(OER)中的应用。尤其是在碱性条件下用作OER催化剂。
采用本发明的方法生产所述OER催化剂所需设备简单，操作方便，成本低。同时所制备的Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2催化剂呈现纳米棒状微观形态，具有很好的OER活性，Tafel斜率达到32mV dec-1，过电位为0.26V时电流密度为10mA cm-2，并且活性和稳定性均优于之前报道的NiFe层状双氢氧化物和目前性能最好的IrO2。因此Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2纳米棒可作为可再生燃料电池、可充电金属空气电池、电解水等领域的电催化剂。
附图说明
本发明附图2幅:
图1是实施例4中Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2材料的透射电镜图；
图2是实施例1～9中所制备的Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2材料的X射线衍射(XRD)谱图。
具体实施方式
本发明提供一种析氧反应电催化剂的制备方法，以及由此制备得到的催化剂。该所述析氧反应电催化剂是Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2。
本发明的首先提供一种析氧反应电催化剂的制备方法，本发明基于改进的原子级别的拓扑化学转换方法，在惰性气体保护下，以Ni和Fe盐溶液与碱溶液反应生成二价Fe掺杂的β-Ni(OH)2，然后采用原子级别的拓扑化学转换方法在氧化性气氛中被氧化生成三价Fe掺杂的β-Ni(OH)2催化剂。
本发明所述的上述方法包括将镍铁盐溶液与碱溶液混合，并将该混合体系暴露于氧化性气氛中的步骤。
其中，镍铁盐溶液是可溶性亚铁盐和可溶性镍盐溶解于水并均匀混合所得溶液；所述的可溶性亚铁盐选自硫酸亚铁、氯化亚铁或乙酸亚铁；优选硫酸亚铁；所述的可溶性镍盐选自硫酸镍、氯化镍或乙酸镍；优选硫酸镍。进一步优选的，所述的镍铁盐溶液浓度(按照溶液中镍离子和铁离子的浓度总和)为0.1～2mol/L。更优选的实技术方案中，所述的镍铁盐溶液中，亚铁盐与镍盐的摩尔比为0.05～0.6。
上述本发明的方法中，所述的碱溶液是指按照本领域常规理解，可用于提供氢氧根离子的溶液，可选用但不限于氢氧化钾水溶液、氢氧化钠或氨水。其中尤其优选氢氧化钾水溶液。更为优选的，所述碱溶液中，按照OH-计，其浓度为0.1～5mol/L。碱溶液的用量可以根据OH-的物质的量为镍离子和铁离子摩尔总数的2～30倍来计算。
具体实施方式中，所述镍铁盐溶液与碱溶液混合的过程，是将镍铁盐溶液逐滴加入碱溶液制得混合体系，以控制反应可能发生的激烈的副作用。滴加的速率为0.5～4mL/min；优选1mL/min。
再一具体的实施方式中，所述镍铁盐溶液的配制及其与碱溶液的混合在惰性气体保护条件下进行。所述惰性气体按照本领域常规理解选择即可。
上述本发明的方法中，镍铁盐溶液与碱溶液的混合体系暴露于氧化性气氛中，目的在于氧化2价Fe为3价，其所述的氧化性气氛为空气，氧气或臭氧；优选空气。反应温度是20-90℃。优选80℃。反应时间为4～6小时。
根据上述描述，优选技术特征的组合可得到本发明制备方法的优选技术方案，此类优选技术方案可举例如下，但并不限于此。
优选的技术方案中，本发明所述的制备方法包括如下步骤：
(1)惰性气氛保护下，可溶性亚铁盐和可溶性镍盐溶解于水并混合均匀制备浓度为0.1～2mol/L的镍铁盐溶液；
(2)在惰性气氛保护下，将步骤(1)所制备的镍铁盐溶液按照1mL/min的速度逐滴加入至浓度为0.1～5mol/L氢氧化钾水溶液中；
(3)将步骤(2)制备的混合体系暴露在氧化性气氛中，于20～90℃条件下搅拌反应4～6h；所得沉淀物先用去离子水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次，离心分离后分散到乙醇中，低温冷冻干燥。
通过上述方法制得的是Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2。具有优良的OER活性，可应用于析氧反应(OER)中尤其是在碱性条件下用作OER催化剂。
本发明进一步提供实施例1～9共9个实施例，来对本发明所述的析氧反应电催化剂的制备方法、所制备得到的产品及其应用做进一步的说明。
本发明实施例中所制备得到的粉末状材料经XRD的测试，显示出相同的特征：在扫描衍射角度为10-90时，衍射峰分别为20度，34度，39度，53度，61度和71度，对照β-Ni(OH)2的标准PDF卡片发现，刚好对应相应的001晶面衍射(19.258度)，100晶面衍射(33.064度)，101晶面衍射(38.541度)，102晶面衍射(52.100度)，003晶面衍射(60.240度)和103晶面衍射(70.478度)。表明纳米棒为六方相的β-Ni(OH)2结构。衍射峰相对标准卡尺有些右移是由于离子半径较小的Fe3+(55pm)占据了β-Ni(OH)2相中离子半径较大的Ni2+(69pm)导致的。检测结果如附图2所示。
进一步对本发明实施例所制得的产品进行氧析出(OER)活性评价，方法如下：
(1)催化剂浆料的制备：将一定量的Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2纳米棒和XC-72分散到异丙醇中，再向其中加入适量Nafion溶液(5w.t.％)，然后超声震荡使其分散均匀得到催化剂浆料。
(2)电极制备：将上述制备的催化剂浆料用移液管移取一定量到旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。
(3)电极活性的测试：将制备好的电极装到旋转圆盘装置上进行测试。测试过程如下：
1)电化学测试体系为三电极体系(担载催化剂的玻碳电极为工作电极，铂丝或铂片为对电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极)，电解质为0.1mol/L的KOH溶液。
2)在测试之前，向反应器中通O2至饱和，在测试过程中也不停的通氧气。
3)评价氧析出(OER)活性，进行极化曲线测试(LSV)，电压扫描范围为0～0.8V，扫描速度为10mvs-1，旋转速度为1600rpm。
作为对比，对目前商业化的催化OER性能最好的IrO2(从Johnson Matthey公司购买)进行氧析出评价。称取商业化的IrO2和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μLNafion(5w.t.％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.34V；当析氧电流密度为20mA/cm2时，过电位为0.38V。
实施例1
称取2.7801克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸镍浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度80℃。然后将浑浊体系暴露在空气中，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到绿色粉体。称取得到的绿色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μLNafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL上述催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.42V。
实施例2
称取0.2628克七水合硫酸亚铁和2.5021克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸亚铁和硫酸镍总浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度80℃。然后将浑浊体系暴露在空气中，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到黄棕色粉体。称取得到的黄棕色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μL Nafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.33V。
实施例3
称取0.7886克七水合硫酸亚铁和1.9461克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸亚铁和硫酸镍总浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度80℃。然后将浑浊体系暴露在空气中，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到黄棕色粉体。称取得到的黄棕色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μL Nafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.27V。
实施例4
称取1.3143克七水合硫酸亚铁和1.3901克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸亚铁和硫酸镍总浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度80℃。然后将浑浊体系暴露在空气中，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到黄棕色粉体。透射电镜照片如图1所示。称取得到的黄棕色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μL Nafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.26V。
实施例5
称取1.3143克七水合硫酸亚铁和1.3901克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸亚铁和硫酸镍总浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度80℃。然后在浑浊体系中通氧气，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到黄棕色粉体。称取得到的黄棕色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μL Nafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.27V。
实施例6
称取1.3143克七水合硫酸亚铁和1.3901克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸亚铁和硫酸镍总浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度80℃。然后在浑浊体系中通臭氧，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到黄棕色粉体。称取得到的黄棕色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μL Nafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.28V。
实施例7
称取1.3143克七水合硫酸亚铁和1.3901克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸亚铁和硫酸镍总浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度60℃。然后在浑浊体系中通臭氧，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到黄棕色粉体。称取得到的黄棕色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μL Nafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.27V。
实施例8
称取1.3143克七水合硫酸亚铁和1.3901克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸亚铁和硫酸镍总浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度40℃。然后在浑浊体系中通臭氧，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到黄棕色粉体。称取得到的黄棕色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μL Nafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.27V。
实施例9
称取1.3143克七水合硫酸亚铁和1.3901克六水硫酸镍溶于20毫升水中，硫酸亚铁和硫酸镍总浓度为0.5摩尔每升。在氮气气氛保护下将20mL 0.5mol/L的硫酸镍溶液逐滴滴加入80mL 1.25mol/L的氢氧化钾溶液中，20min滴加完毕，反应温度80℃。然后在浑浊体系中通臭氧，反应5h。最后先用水洗涤至pH＝7，再用无水乙醇洗涤3次后离心分离。将产品分散到乙醇中，冷冻干燥机低温真空干燥。得到黄棕色粉体。称取得到的黄棕色粉体和XC-72各5mg分散在2mL的异丙醇中，再加入50μL Nafion(5％)溶液，超声震荡30min使混合均匀得到催化剂浆料。然后移取20μL催化剂浆料于直径为5mm的旋转圆盘电极上，空气中自然干燥。得到的电极按照以上发明内容里的电极测试过程进行氧析出(OER)活性评价。测试结果显示，当析氧电流密度为10mA/cm2时，过电位为0.29V。
上述实施例可以列举许多，从申请人大量的试验数据证明，采用本发明技术方案所涉及的制备方法，可以成功的合成Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2纳米棒，且在碱性条件下表现出优异的氧析出反应(OER)催化性能。

Claims (6)

1.一种析氧反应电催化剂的制备方法，所述的方法包括如下步骤：（1）惰性气氛保护下，可溶性亚铁盐和可溶性镍盐溶解于水并混合均匀制备浓度为0.1-2 mol/L的镍铁盐溶液；（2）在惰性气氛保护下，将步骤（1）所制备的镍铁盐溶液按照1 mL/min的速度逐滴加入至碱溶液中，所述的碱溶液是浓度为0.1-5 mol/L氢氧化钾水溶液；（3）将步骤（2）制备的混合体系暴露在氧化性气氛中，于20-90℃条件下搅拌反应4-6 h；所得沉淀物先用去离子水洗涤至pH=7，再用无水乙醇洗涤3次，离心分离后分散到乙醇中，低温冷冻干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的镍铁盐溶液中，亚铁盐与镍盐的摩尔比为0.05-0.6。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱溶液中，按照OH-计，其物质的量为镍离子和铁离子摩尔总数的2-30倍。
4.权利要求1所述的方法制备得到的Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2。
5.权利要求4所述的Fe3+掺杂的β-Ni(OH)2在析氧反应中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的应用是在碱性条件下用作析氧反应催化剂。
CN201610851613.5A 2016-09-26 2016-09-26 一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用 Active CN107871875B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610851613.5A CN107871875B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610851613.5A CN107871875B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107871875A CN107871875A (zh) 2018-04-03
CN107871875B true CN107871875B (zh) 2021-05-07

Family

ID=61750977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610851613.5A Active CN107871875B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN107871875B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108793486A (zh) * 2018-04-24 2018-11-13 苏州麦普菲环境技术有限公司 一种去除电镀废水中镍离子的方法
CN109261186A (zh) * 2018-09-30 2019-01-25 武汉工程大学 一种氮掺杂氢氧化镍纳米片阵列及其制备方法和应用
CN109847778B (zh) * 2019-01-04 2022-07-01 华中师范大学 一种用于电解水析氧的二硫化钴/碳氮复合材料及其合成方法
CN111589459A (zh) * 2020-03-22 2020-08-28 华南理工大学 一种高效电解水的双功能催化剂及其制备方法与应用
CN112007670A (zh) * 2020-08-11 2020-12-01 东南大学 一种非晶纳米颗粒析氧催化剂
CN112044442B (zh) * 2020-09-04 2022-12-13 郑州大学 具有原子缺陷的β相镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物的制备方法及其应用
CN113265666A (zh) * 2021-04-12 2021-08-17 江苏九然新能源科技有限公司 一维Fe掺杂α-Ni(OH)2纳米带催化剂及其制备方法和应用
CN114394603B (zh) * 2021-12-31 2023-04-07 山东大学 一种非晶态镍铁基硼化物纳米材料及其制备方法与应用
CN114620783A (zh) * 2022-04-24 2022-06-14 上海电力大学 一种三维结构Ni(OH)2氧气析出电催化剂及其制备方法
CN115228474B (zh) * 2022-07-20 2024-03-12 中南大学 一种用于碱性条件下析氧反应的金属胶体催化剂及其制备方法和应用
CN116497387A (zh) * 2022-08-04 2023-07-28 西湖大学 适用于电解海水制氢的阳极水氧化催化剂及其制备方法
CN117643891B (zh) * 2024-01-30 2024-04-09 西南石油大学 硼掺杂金属氧化物/氢氧化物析氧催化剂及其制备方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105334251A (zh) * 2015-11-16 2016-02-17 安徽师范大学 类银耳状的Fe-Ni双金属氢氧化物、析氧电极及其制备方法和应用
CN105514450A (zh) * 2015-12-20 2016-04-20 青岛科技大学 氮掺杂石墨烯/镍铁类水滑石双功能氧催化剂及其制备方法和应用
CN105618060A (zh) * 2015-12-20 2016-06-01 青岛科技大学 石墨烯/镍铁类水滑石双功能氧催化剂及其制备方法和应用
CN105780050A (zh) * 2016-05-19 2016-07-20 陕西师范大学 一种用于分解水的掺杂磷酸基团Ni-Fe氢氧化物纳米薄膜催化剂的制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9566574B2 (en) * 2010-07-04 2017-02-14 Dioxide Materials, Inc. Catalyst mixtures

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105334251A (zh) * 2015-11-16 2016-02-17 安徽师范大学 类银耳状的Fe-Ni双金属氢氧化物、析氧电极及其制备方法和应用
CN105514450A (zh) * 2015-12-20 2016-04-20 青岛科技大学 氮掺杂石墨烯/镍铁类水滑石双功能氧催化剂及其制备方法和应用
CN105618060A (zh) * 2015-12-20 2016-06-01 青岛科技大学 石墨烯/镍铁类水滑石双功能氧催化剂及其制备方法和应用
CN105780050A (zh) * 2016-05-19 2016-07-20 陕西师范大学 一种用于分解水的掺杂磷酸基团Ni-Fe氢氧化物纳米薄膜催化剂的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN107871875A (zh) 2018-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107871875B (zh) 一种析氧反应电催化剂、其制备方法及应用
Dai et al. Promoting urea oxidation and water oxidation through interface construction on a CeO 2@ CoFe 2 O 4 heterostructure
Xue et al. Recent advances in pristine tri-metallic metal–organic frameworks toward the oxygen evolution reaction
Sekhon et al. Biomass-derived bifunctional electrocatalysts for oxygen reduction and evolution reaction: A review
CN108579751B (zh) 一种层状钙钛矿氧化物、制备方法及其在析氧反应电催化中的用途
CN104773764B (zh) 一种三维花状钴酸镍纳米片介孔微球的制备方法
CN105618060A (zh) 石墨烯/镍铁类水滑石双功能氧催化剂及其制备方法和应用
CN108767260A (zh) 一种碳包覆FeP中空纳米电极材料及其制备方法和应用
CN111001428B (zh) 一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用
CN105289643B (zh) 一种锰酸镍/碳纳米管复合催化剂及其制备和应用
CN110813350B (zh) 一种碳基复合电催化剂及其制备方法与应用
Sun et al. Selenium anion substitution endows manganese sulfide as a bifunctional electrocatalyst for efficient water splitting in alkaline solutions
CN107999109A (zh) 一种氮、硫、磷共掺杂碳材料的制备和应用
CN110474050B (zh) 一种掺杂型碳/硫化锰复合材料制备方法
CN111013631A (zh) 一种新型三维分级多孔复合材料、制备方法及其应用
CN110336047A (zh) 镍钴硫化物/石墨烯复合材料锌空电池双功能催化剂的制备方法
CN110124687A (zh) 一种钌掺杂的LDH/rGO复合材料的制备方法及其在析氢反应上的应用
CN102867965A (zh) 一种多孔微球钙钛矿型钙锰氧化合物及其制备方法和应用
CN114628696B (zh) 一种多孔碳载钴基双功能氧催化剂的制备方法
CN113611881A (zh) 一种原子级分散Fe/氮掺杂介孔碳球及其制备方法和应用
CN113026045A (zh) 一种泡沫镍负载Ni(OH)2/FeOOH纳米花材料制备方法
CN110013855B (zh) 高效氧化钴镍/氢氧化镍复合物电催化剂及其制备方法和应用
Sun et al. Rh particles in N-doped porous carbon materials derived from ZIF-8 as an efficient bifunctional electrocatalyst for the ORR and HER
CN113201759B (zh) 一种三维多孔碳支撑的硫化铋/氧化铋复合催化剂及其制备方法和应用
CN112321858B (zh) 一种宏量制备具有析氧性能MOFs纳米片的方法

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