CN110227531B - 一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法 - Google Patents
一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110227531B CN110227531B CN201910436495.5A CN201910436495A CN110227531B CN 110227531 B CN110227531 B CN 110227531B CN 201910436495 A CN201910436495 A CN 201910436495A CN 110227531 B CN110227531 B CN 110227531B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- molybdenum
- iron oxide
- preparation
- nss
- oxide nanosheet
- 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
Links
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- QRXDDLFGCDQOTA-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) iron(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[Fe+2].[Co+2].[O-2] QRXDDLFGCDQOTA-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 11
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 title claims abstract description 11
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 title claims description 12
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 39
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 31
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 12
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N ammonium fluoride Chemical compound [NH4+].[F-] LDDQLRUQCUTJBB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910021642 ultra pure water Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000012498 ultrapure water Substances 0.000 claims description 14
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims description 4
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims description 3
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 2
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 230000007774 longterm Effects 0.000 abstract description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 3
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 14
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 10
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 7
- QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QGUAJWGNOXCYJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- QZRHHEURPZONJU-UHFFFAOYSA-N iron(2+) dinitrate nonahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.O.O.O.[Fe+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O QZRHHEURPZONJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 6
- 239000012378 ammonium molybdate tetrahydrate Substances 0.000 description 5
- FIXLYHHVMHXSCP-UHFFFAOYSA-H azane;dihydroxy(dioxo)molybdenum;trioxomolybdenum;tetrahydrate Chemical compound N.N.N.N.N.N.O.O.O.O.O=[Mo](=O)=O.O=[Mo](=O)=O.O=[Mo](=O)=O.O=[Mo](=O)=O.O[Mo](O)(=O)=O.O[Mo](O)(=O)=O.O[Mo](O)(=O)=O FIXLYHHVMHXSCP-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 5
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 4
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 3
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- 238000003917 TEM image Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000009795 derivation Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 1
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 description 1
- 150000004679 hydroxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000009257 reactivity Effects 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 229920002994 synthetic fiber Polymers 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 229910001428 transition metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 238000004627 transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B01J27/00—Catalysts comprising the elements or compounds of halogens, sulfur, selenium, tellurium, phosphorus or nitrogen; Catalysts comprising carbon compounds
- B01J27/24—Nitrogen compounds
-
- B01J35/33—
-
- B01J35/61—
-
- 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
- B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
- B01J37/08—Heat treatment
- B01J37/10—Heat treatment in the presence of water, e.g. steam
-
- 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
-
- 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
-
- 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
本发明涉及二维电催化剂技术领域，公开了一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法；具体是将摩尔比1:1:0.001‑1:1:3的Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O，以及尿素，NH4F加入到水中形成溶液，将所述溶液和基底材料转移到高压釜中，水热合成CoxFeyMozO NSs，可用于电化学分解水过程中的高效电催化剂；本发明超薄的纳米结构具有大比表面积，同时还具有优异的电荷传输能力和大量的活性位点，CoxFeyMozO NSs具有优异的OER和HER活性以及长期循环耐久性。本发明方法成本低，易操作，有利于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于二维电催化剂制备技术领域，具体为一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法。
背景技术
近年来，由于环境污染和能源危机，减少对传统能源（化石燃料）的依赖以及探索人类社会的可再生和可持续能源成为最紧迫的挑战之一。电化学分解水作为一种提供清洁和可持续能源的方式，包括析氧反应（OER）和析氢反应（HER），但是，从热力学和动力学这两个方面来看，阳极析氧反应和阴极析氢反应巨大的过电位是提高能量转换效率的关键难题。特别是，通过多步骤四电子氧化反应的析氧反应的缓慢动力学是水分解的瓶颈，这需要比理论过电位（1.23 V）更大的过电位。为了加快反应速率，降低过电位，提高能量转换效率，业界已经探索了大量的析氧和析氢催化剂。迄今为止，具有低过电位和塔菲尔斜率的析氧催化剂和析氢催化剂分别是贵金属氧化物（IrO2或RuO2）和Pt基化合物，但是这些贵金属的稀缺性和高成本限制了它们的大规模应用。因此，设计和开发基于地球丰富元素（如Mn，Fe，Co，Ni和Mo）的高效低成本的可替代电催化剂用于整体水分解是非常有必要的。
过渡金属元素掺杂的催化剂有望克服贵金属作为催化剂的高成本和稀缺性的缺点，成为代替贵金属的具有优异的OER和HER性能的双功能催化剂材料。钴铁氧化物纳米片催化剂被证实是一种在电化学分解水过程中表现出优异催化性能的材料。除此之外，掺杂是一种广泛应用并且很有前景的技术，可以改变过渡金属离子的电子特性，从而获得具有更好性能的合成材料，将Mo掺杂到金属氧化物或氢氧化物中可明显提高反应活性并降低过电位。因此，开发出能够替代贵金属的优良过渡金属催化剂材料是目前的研究重点。
发明内容
本发明克服现有技术存在的不足，用水热合成的方法制备钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂，目的是提高电催化剂的性能。
本发明是通过如下技术方案实现的。
一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法，具体包括以下步骤：
a）将Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O，尿素，NH4F和(NH4)6Mo7O24·4H2O加入到水中，搅拌直至完全溶解形成溶液，其中Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O摩尔量x/y/z比为1:1:0.001～1:1:3；
b）将所述溶液和基底材料转移到高压釜中，密封在120-200℃下加热6-15h，自然冷却至室温；
c）将步骤b的产物洗涤数次，真空干燥，最后加热退火，得产物表示为CoxFeyMozONSs。
优选的，所述的基底材料为泡沫镍、碳纸、碳布、钛片中的任意一种。
优选的，所述的高压釜为具有聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜。
优选的，所述步骤c 中是将产物用超纯水和无水乙醇进行洗涤。
优选的，所述步骤c的加热退火是在750-850℃下退火1-3h。
优选的，所述的Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O，尿素，NH4F和(NH4)6Mo7O24·4H2O的摩尔比为1:1:5:4:0.001-1:1:5:4:3。
本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。
本发明合成的CoxFeyMozO NSs可用于电化学分解水过程中的高效电催化剂。与现有技术相比，本发明超薄的纳米结构使得该样品作为催化电极材料时，不仅具有大的比表面积，同时还具有优异的电荷传输能力和大量的活性位点，从而使得制备的电极材料具有优于商业RuO2和Pt/C的OER和HER性能。CoxFeyMozO NSs具有优异的OER活性和稳定性，同时，显示出优异的HER活性和长期循环耐久性，因此可用于电解水过程中的双功能电催化剂。本发明方法成本低，易操作，有利于对双功能电催化剂的进一步科学研究和推广应用。
附图说明
图1为实施例2制备得到的Co1Fe1Mo1.8O NSs的扫描电子显微镜图。
图2为实施例2制备的Co1Fe1Mo1.8O NSs的透射电子显微镜图。
图3为本发明中实施例1-3、空白对照例以及对比例的OER的LSV图。
图4为本发明中实施例1-3、空白对照例以及对比例的OER的Tafel plots图。
图5为本发明中实施例1-3、空白对照例以及对比例的HER的LSV图。
图6为本发明中实施例1-3、空白对照例以及对比例的HER的Tafel plots图。
图7表示实施例2制备的Co1Fe1Mo1.8O NSs的OER和HER稳定性图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。
实施例1
Co1Fe1Mo1.2O NSs的制备
首先将1 mmol六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），1 mmol九水合硝酸铁（Fe(NO3)2·9H2O），5 mmol尿素和4 mmol NH4F，以及1.2 mmol的四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）加入到36 mL超纯水中，搅拌直至完全溶解，其中Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O摩尔量x/y/z比为1:1:1.2。
然后，将此溶液和作为基底材料的泡沫镍转移到50 mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，将其密封在180℃下加热10小时，自然冷却至室温。将产物用超纯水和无水乙醇洗涤数次，60℃下真空干燥，最后在800℃下退火2小时。所得产物表示为Co1Fe1Mo1.2O NSs@NF。
实施例2
Co1Fe1Mo1.8O NSs的制备
首先将1 mmol六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），1 mmol九水合硝酸铁（Fe(NO3)2·9H2O），5 mmol尿素和4 mmol NH4F，以及1.8 mmol的四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）加入到36 mL超纯水中，搅拌直至完全溶解，其中Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O摩尔量x/y/z比为1:1:1.8。
然后，将此溶液和作为基底材料的泡沫镍转移到50 mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，将其密封在180℃下加热10小时，自然冷却至室温。将产物用超纯水和无水乙醇洗涤数次，60℃下真空干燥，最后在800℃下退火2小时。所得产物表示为Co1Fe1Mo1.8O NSs@NF。
实施例3
Co1Fe1Mo2.4O NSs的制备
首先将1 mmol六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），1 mmol九水合硝酸铁（Fe(NO3)2·9H2O），5 mmol尿素和4 mmol NH4F，以及2.4 mmol的四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）加入到36 mL超纯水中，搅拌直至完全溶解，其中Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O摩尔量x/y/z比为1:1:2.4。
然后，将此溶液和作为基底材料的泡沫镍转移到50 mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，将其密封在180℃下加热10小时，自然冷却至室温。将产物用超纯水和无水乙醇洗涤数次，60℃下真空干燥，最后在800℃下退火2小时。所得产物表示为Co1Fe1Mo2.4O NSs@NF。
实施例4
Co1Fe1Mo2.2O NSs的制备
首先将1 mmol六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），1 mmol九水合硝酸铁（Fe(NO3)2·9H2O），5 mmol尿素和4 mmol NH4F，以及2.2 mmol的四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）加入到36 mL超纯水中，搅拌直至完全溶解，其中Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O摩尔量x/y/z比为1:1:2.2。
然后，将此溶液和作为基底材料的钛片转移到50 mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，将其密封在120℃下加热15小时，自然冷却至室温。将产物用超纯水和无水乙醇洗涤数次，60℃下真空干燥，最后在750℃下退火1小时。所得产物表示为Co1Fe1Mo2.2O NSs。
实施例5
Co1Fe1Mo0.8O NSs的制备
首先将1 mmol六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），1 mmol九水合硝酸铁（Fe(NO3)2·9H2O），5 mmol尿素和4 mmol NH4F，以及0.8 mmol的四水合钼酸铵（(NH4)6Mo7O24·4H2O）加入到36 mL超纯水中，搅拌直至完全溶解，其中Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O摩尔量x/y/z比为1:1:0.8。
然后，将此溶液和作为基底材料的碳布转移到50 mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，将其密封在200℃下加热6小时，自然冷却至室温。将产物用超纯水和无水乙醇洗涤数次，60℃下真空干燥，最后在850℃下退火3小时。所得产物表示为Co1Fe1Mo0.8O NSs。
空白对照例1
首先将1 mmol六水合硝酸钴（Co(NO3)2·6H2O），1 mmol九水合硝酸铁（Fe(NO3)2·9H2O），5 mmol尿素和4 mmol NH4F加入到36 mL超纯水中，搅拌直至完全溶解，其中Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O摩尔量x/y比为1:1。
然后，将此溶液和作为基底材料的泡沫镍转移到50 mL聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜中，将其密封在180℃下加热10小时，自然冷却至室温。将产物用超纯水和无水乙醇洗涤数次，60℃下真空干燥，最后在800℃下退火2小时。所得产物表示为CoFeO NSs@NF。
对比例1
商业催化剂RuO2和Pt/C修饰基底材料，制备工作电极作为对比，具体如下：
将8 mg RuO2或Pt/C和100 μL Nafion（5％）溶液分散在900 μL乙醇中，超声处理至少30分钟以形成均匀的油墨状溶液。将约130 μL溶液沉积在基底材料（面积为1×1 cm-2）上，60℃下真空干燥获得工作电极。在基底材料上的RuO2或Pt/C催化剂的负载量约为1.0375 mg cm-2，负载的基底材料选择泡沫镍。
实施例表征及催化性能测试：
制备得到的材料的性能是通过三电极（制备得到的材料作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，碳棒电极作为对电极）来表征的，得到了极化曲线（LSV）和塔菲尔曲线（Tafel plots）。将该三电极体系首先置于1 M KOH溶液中，在1.05-1.9V（vs. RHE）的电位范围内利用线性扫描伏安法进行扫描，得到极化曲线（LSV），研究所制备材料的OER性能。为表征所制备材料的OER性能，与商业RuO2的催化性能进行比较。
其次将该三电极体系置于1 M KOH溶液中，在-0.85-0.2 V（vs. RHE）的电位范围内利用线性扫描伏安法进行扫描，得到极化曲线（LSV），研究所制备材料的HER性能。为表征所制备材料的HER性能，与商业Pt/C的催化性能进行比较。
附图1为制备得到的Co1Fe1Mo1.8O NSs的扫描电子显微镜图。
将得到的干燥样品超声分散在无水乙醇溶液中，以便对样品进行TEM表征。附图2为实施例2制备得到的Co1Fe1Mo1.8O NSs的TEM图， 制备得到的材料的性能是通过三电极（制备得到的材料作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，碳棒电极作为对电极）来表征的，得到了极化曲线（LSV）和塔菲尔曲线（Tafel plots）。将该三电极体系首先置于1 M KOH溶液中，在1.05-1.9V（vs. RHE）的电位范围内利用线性扫描伏安法进行扫描，得到极化曲线（LSV），研究所制备材料的OER性能。图3表示本发明中不同材料与商业RuO2的LSV图。图4表示本发明中不同材料与商业RuO2的Tafel plots图。
其次将该三电极体系置于1 M KOH溶液中，在-0.85-0.2 V（vs. RHE）的电位范围内利用线性扫描伏安法进行扫描，得到极化曲线（LSV），研究所制备材料的HER性能。图5表示本发明中不同材料与商业Pt/C的LSV图。图6表示本发明中不同材料与商业Pt/C的Tafelplots图。
由以上性能测试可知，本发明中合成的Co1Fe1Mo1.8O NSs可用于电化学分解水过程中的高效电催化剂。与现有技术相比，本发明超薄的纳米结构使得该样品作为催化电极材料时，不仅具有大的比表面积，同时还具有优异的电荷传输能力和大量的活性位点，从而使得制备的电极材料具有优于商业RuO2和Pt/C的OER和HER性能。在10 mA cm-2时具有210 mV的低过电位和32 mV dec-1的Tafel斜率，优于商业RuO2的性能（310 mV@10 mA cm-2，123 mVdec-1），并且在24小时后具有优异的稳定性。同时，Co1Fe1Mo1.8O NSs也显示出优异的HER活性，在10 mA cm-2时具有157 mV的低过电位，并且在24小时后具有强大的长期循环耐久性。与大多数先前报道的钴基电催化剂相比，Co1Fe1Mo1.8O NSs催化活性提高可归因于Co和Fe之间强烈的电子相互作用以及Mo对表面活性位点数量的调控。本发明方法成本低，易操作，有利于对双功能电催化剂的进一步科学研究和推广应用。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。
Claims (4)
1.一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
a）将Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O，尿素，NH4F和(NH4)6Mo7O24·4H2O加入到水中，搅拌直至完全溶解形成溶液，其中Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O和(NH4)6Mo7O24·4H2O摩尔量x/y/z比为1:1:0.001-1:1:3；
b）将所述溶液和基底材料转移到高压釜中，密封在120-200℃下加热6-15h，自然冷却至室温；
c）将步骤b的产物洗涤数次，真空干燥，最后加热退火，得产物表示为CoxFeyMozONSs；
所述步骤c的加热退火是在750-850℃下退火1-3h；
所述Co(NO3)2·6H2O，Fe(NO3)2·9H2O，尿素，NH4F和(NH4)6Mo7O24·4H2O的摩尔比为1:1:5:4:0.001-1:1:5:4:3。
2.根据权利要求1所述的一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述的基底材料为泡沫镍、碳纸、碳布、钛片中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述的高压釜为具有聚四氟乙烯衬里的不锈钢高压釜。
4.根据权利要求1所述的一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤c中是将产物用超纯水和无水乙醇进行洗涤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910436495.5A CN110227531B (zh) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | 一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910436495.5A CN110227531B (zh) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | 一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110227531A CN110227531A (zh) | 2019-09-13 |
| CN110227531B true CN110227531B (zh) | 2022-05-24 |
Family
ID=67861479
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910436495.5A Active CN110227531B (zh) | 2019-05-23 | 2019-05-23 | 一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110227531B (zh) |
Families Citing this family (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111068695A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-04-28 | 浙江大学 | 一种基于三元ldh衍生的多元金属磷掺杂电催化剂的制备方法 |
| CN111111678A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-05-08 | 江苏大学 | 镍铁合金/钼酸铁杂化的纳米材料制备方法及其应用 |
| CN111020626B (zh) * | 2019-12-09 | 2021-03-16 | 北京工业大学 | 一种3d纳米片-纳米棒混合结构镍钼氧化物的制备方法及应用 |
| CN111054408A (zh) * | 2019-12-10 | 2020-04-24 | 太原理工大学 | 一种多孔镍钼基纳米片双功能电催化剂的制备方法 |
| CN111359611A (zh) * | 2020-04-18 | 2020-07-03 | 台州学院 | 一种FeCu/C电催化剂的制备方法 |
| CN111871421A (zh) * | 2020-08-06 | 2020-11-03 | 青岛科技大学 | 镍铁钼类水滑石纳米线双功能电催化剂及其制备方法 |
| CN112225258B (zh) * | 2020-09-25 | 2024-03-19 | 江苏大学 | 一种无定形球状三元金属氧化物催化剂及制备方法和应用 |
| CN113026031A (zh) * | 2021-02-25 | 2021-06-25 | 澳门大学 | 电极材料及其制备方法和应用以及组装电解水装置 |
| CN113235122B (zh) * | 2021-04-25 | 2022-04-22 | 华南理工大学 | 一种通过深度自重构构建Mo掺杂过渡金属氢氧化物电催化剂及其制备方法与应用 |
| CN113428847B (zh) * | 2021-06-11 | 2024-03-19 | 上海大学 | 镍钼铜三元金属磷化物、其制备方法及其应用 |
| CN113481534B (zh) * | 2021-06-11 | 2022-05-20 | 江苏大学 | 低结晶度的锆掺杂的钴铁层状双氢氧化物的制备方法及其应用于电解水制氢 |
| CN113457689A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-01 | 浙江工业大学 | 一种三维结构铁掺杂钴钼氧化物复合材料及其制备方法和应用 |
| CN113818041B (zh) * | 2021-09-17 | 2023-03-07 | 安徽师范大学 | 一种超薄双金属钼酸盐纳米片包覆纳米管的异质结构材料、及其制备方法和应用 |
| CN114293220B (zh) * | 2021-12-03 | 2023-07-18 | 华南理工大学 | 一种Co3-xFexMo3N析氧电催化材料及其制备方法与应用 |
| CN114221024B (zh) * | 2022-01-13 | 2022-11-18 | 广东顺盈森能源有限公司 | 一种锂离子电池 |
| CN114855204B (zh) * | 2022-03-15 | 2023-11-10 | 江苏大学 | 一种铁/钴杂化复合硫化物催化材料的制备方法及其应用 |
| CN114774963A (zh) * | 2022-05-20 | 2022-07-22 | 澳门大学 | 一种硝酸根还原电催化剂及其制备方法 |
| CN114899428A (zh) * | 2022-06-06 | 2022-08-12 | 中国地质大学（武汉） | 一种双功能钴/氧化钴肖特基结催化剂及其制备方法和应用 |
| CN115224293B (zh) * | 2022-08-17 | 2024-01-16 | 郑州大学 | 一种orr和oer双功能催化剂及其制备方法和应用 |
| CN117427649B (zh) * | 2023-12-20 | 2024-03-19 | 陕西煤基特种燃料研究院有限公司 | 一种芘加氢反应催化剂及其制备方法与应用 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106025302A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-10-12 | 天津理工大学 | 一种单胞厚度纳米多孔四氧化三钴纳米片阵列电催化材料 |
-
2019
- 2019-05-23 CN CN201910436495.5A patent/CN110227531B/zh active Active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106025302A (zh) * | 2016-07-18 | 2016-10-12 | 天津理工大学 | 一种单胞厚度纳米多孔四氧化三钴纳米片阵列电催化材料 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| New ternary Fe, Co, and Mo mixed oxide electrocatalysts for oxygen evolution;M. Kumar等;《international journal of hydrogen energy》;20110528;第8831-8838页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110227531A (zh) | 2019-09-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110227531B (zh) | 一种钼掺杂钴铁氧化物纳米片双功能电催化剂的制备方法 | |
| CN108554413B (zh) | 一种三维多级结构高分散镍基电催化材料及其制备方法 | |
| CN108425131B (zh) | 一种负载于泡沫镍的镍钼基合金以及无定形碳体系及其制备方法和应用 | |
| CN110639534B (zh) | 一种析氧电催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN110611105B (zh) | Orr催化剂的制备方法 | |
| CN110538657B (zh) | 一种铁镍层状双氢氧化物及其制备方法和应用 | |
| CN110681406B (zh) | 一种氮磷掺杂碳纳米管@Mo/MoS2/MoP复合材料及其制备方法 | |
| CN109759066B (zh) | 一种硼掺杂石墨烯负载的钴镍双金属氧化物析氧催化剂的制备方法 | |
| CN111715298A (zh) | 一种类钻石状的双金属FeCo-MOF析氧电催化剂及其制备方法 | |
| CN114045525A (zh) | 一种镍基自支撑电解水催化剂及其制备方法 | |
| CN111957336A (zh) | 一种ZIF-8衍生的Fe-N-C氧还原电催化剂的制备方法 | |
| Liu et al. | Nickel-cobalt derived nanowires/nanosheets as electrocatalyst for efficient H2 generation via urea oxidation reaction | |
| CN115505961A (zh) | 一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极、制备及应用 | |
| CN114959791A (zh) | 一种Mg掺杂的NiFe基（氧）氢氧化物的制备方法及其析氧电催化应用 | |
| CN113416973B (zh) | 一种CoNiFeS-OH纳米阵列材料的制备及其在OER、UOR和全水解方面的应用 | |
| CN114164452A (zh) | 一种制备超薄钒酸钴纳米片负载金属单原子催化剂的方法 | |
| CN112090426A (zh) | 一种金属亚稳相电解水析氧催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109638306B (zh) | 一种用于氨催化氧化的电催化材料及其制备方法 | |
| CN109097788B (zh) | 一种双碳耦合过渡金属镍基量子点电催化剂及其制备方法 | |
| CN114990612A (zh) | 铟基钙钛矿催化剂LaInO3的制备及应用 | |
| CN110289421B (zh) | 一种超细磷酸铁镍纳米管材料的制备方法及其应用 | |
| CN110721687A (zh) | 一种自支撑多孔Fe2O3纳米棒阵列电催化剂及其制备方法 | |
| CN114232017B (zh) | 一种硒化银纳米催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113097511B (zh) | Ni(OH)2/ZrO2异质结构燃料电池阴极氧还原催化剂的制备方法 | |
| CN115110113B (zh) | 一种棒状Co2C-MoN复合材料及其制备方法和应用 |
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 |