CN114807998A - 一种高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的制备方法，包括以下步骤：1)将聚乙二醇与尿素混合，加热，形成低共熔溶剂(DESs)；2)向DESs中加入Fe盐、Co盐、Ni盐、Cr盐和Mn盐，加热，形成低共熔溶剂体系；3)将形成的低共熔溶剂体系转移至反应釜中，反应，得到高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx。本发明制备工艺简单，条件温和，制备成本低，可工业化生产，且对环境无污染。得到的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx具有优异的电催化析氧性能。

Description

一种高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的制备方法
技术领域
本发明属于电催化材料及其制备技术领域，具体涉及一种高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的制备方法。
背景技术
电化学水分解是生产氢能的关键绿色技术之一。然而，缓慢的析氧反应(OER)动力学极大地限制了水分解效率。尽管贵金属氧化物(RuO2和IrO2)具有优异的OER活性，但是稀缺性、高成本、易中毒等特点使其很难推广使用。因此，需要有效且稳定的非贵金属OER催化剂。这不可避免地涉及催化活性的提高，这可以通过调整表面电子结构来有效地实现。其中一种方法是使用高熵材料(HEM)。HEM含有五种或更多金属，为调节电子和几何结构以优化催化活性提供了大量组合。因此，HEM电催化剂在过去几年得到了探索。各种类型的HEM，如合金、氧化物、磷化物、硼化物、硫化物等，已被研究用作OER电催化剂。
高熵金属氧化物(HEO)是最近推出的一系列新材料，旨在将高熵合金(HEA)的概念扩展到氧化物。HEO被定义为在其晶体结构中含有氧和五个或更多阳离子的化合物。由于HEO的杂化电子结构和它们的高内熵，已有报道通过使用化学或热化学技术制备氧化物，并将它们用于不同的功能应用。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的制备方法，制备工艺简单，条件温和，制备成本低，可工业化生产，且对环境无污染。得到的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx具有优异的电催化析氧性能。
为了实现上述目的，本发明所提供的一种高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚乙二醇与尿素混合，加热，形成低共熔溶剂(DESs)；
2)向DESs中加入Fe盐、Co盐、Ni盐、Cr盐和Mn盐，加热，形成低共熔溶剂体系；
3)将形成的低共熔溶剂体系转移至反应釜中，反应，得到高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx。
上述方法步骤1)中，所述聚乙二醇为聚乙二醇200或聚乙二醇300；
聚乙二醇与尿素的摩尔比可为2:1；
所述加热在在40-100℃(具体可为60℃)油浴锅中进行；
上述方法步骤2)中，所述Fe盐、Co盐、Ni盐、Cr盐和Mn盐以等摩尔数加入(以各自所含金属的摩尔数计)；所述摩尔数具体可为0～0.1mol(端点0不可取)，具体可为0.001mol、0.002mol或0.003mol；
所述Fe盐具体可为FeCl3·6H2O；
所述Co盐具体可为CoCl2·6H2O；
所述Ni盐具体可为NiCl2·6H2O；
所述Cr盐具体可为CrCl3·6H2O；
所述Mn盐具体可为MnCl2·4H2O；
DESs与所述Fe盐、Co盐、Ni盐、Cr盐或Mn盐的配比可为：10～100mL：0～0.1mol(端点0不可取)，具体可为15mL：0～0.1mol(端点0不可取)，更具体可为15mL：0.002mol、15mL：0.001mol或15mL：0.003mol；
所述反应在烘箱中进行，反应温度可为150～300℃，反应时间可为2～48h，具体可为210℃反应12h。
上述方法步骤3)中，反应结束后，自然冷却至室温，过滤收集固体，分别用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥，即得。
所得高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx由纳米粒子组成。
上述高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx作为电析氧(OER)催化剂在水分解制氢中的应用也属于本发明的保护范围。
本发明所述制备方法操作简单，制备成本低，易工业化生产，所得高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的料形貌规整，具有较好的晶型。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的SEM照片；
图2为本发明实施例1制备的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的XRD图谱；
图3为本发明实施例1～3制备的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的OER曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述，给出的实施例仅为了阐明本发明，而不是为了限制本发明的范围。以下提供的实施例可作为本技术领域普通技术人员进行进一步改进的指南，并不以任何方式构成对本发明的限制。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
实施例1
准确称取摩尔比2:1的聚乙二醇200和尿素，在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂(DESs)；分别准确称取0.002mol的FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、CrCl3·6H2O、MnCl2·4H2O，加入15mL已合成的DESs，在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂(DESs)体系；将形成的DESs体系转移至反应釜中，置于烘箱中反应(210℃，反应12h)，待反应结束后，自然冷却至室温，过滤收集固体，分别用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥。
实施例2
准确称取摩尔比2:1的聚乙二醇200和尿素，在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂(DESs)；分别准确称取0.001mol的FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、CrCl3·6H2O、MnCl2·4H2O，加入15mL已合成的DESs，在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂(DESs)体系；将形成的DESs体系转移至反应釜中，置于烘箱中反应(210℃，反应12h)。待反应结束后，自然冷却至室温，过滤收集固体，分别用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥。
实施例3
准确称取摩尔比2:1的聚乙二醇200和尿素，在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂(DESs)；分别准确称取0.003mol的FeCl3·6H2O、CoCl2·6H2O、NiCl2·6H2O、CrCl3·6H2O、MnCl2·4H2O，加入15mL已合成的DESs，在60℃油浴锅中形成低共熔溶剂(DESs)体系；将形成的DESs体系转移至反应釜中，置于烘箱中反应(210℃，反应12h)。待反应结束后，自然冷却至室温，分别用乙醇和去离子水洗涤三次，干燥。
对实施例1所得的产品进行形貌表征。其中以SEM观察产品形貌，以XRD来鉴别产品组成和晶型。
图1为本发明实施例1制备的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的SEM照片，从图中可以看出，制备的材料是由纳米粒子组成；
图2为本发明实施例1制备的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的XRD图谱，从图中可以看出所有样品的XRD衍射峰均可归属于no.PDF#06-0532，为CrO结构；
图3为本发明实施例1～3制备的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的OER性能图，从图中可以看出，所合成的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx具有优异的析氧性能。
表1为本发明实施例1制备的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的ICP-OES结果。
表1
Figure BDA0003598670860000041
表1为本发明实施例1制备的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的ICP-OES，从表格中可以看出合成的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx中各元素Fe，Co，Ni，Cr，M摩尔分数分别为21％,18％,22％,19％,20％。
以上对本发明进行了详述。对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明的宗旨和范围，以及无需进行不必要的实验情况下，可在等同参数、浓度和条件下，在较宽范围内实施本发明。虽然本发明给出了特殊的实施例，应该理解为，可以对本发明作进一步的改进。总之，按本发明的原理，本申请欲包括任何变更、用途或对本发明的改进，包括脱离了本申请中已公开范围，而用本领域已知的常规技术进行的改变。

Claims (7)

1.一种高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx的制备方法，包括以下步骤：
1)将聚乙二醇与尿素混合，加热，形成低共熔溶剂；
2)向DESs中加入Fe盐、Co盐、Ni盐、Cr盐和Mn盐，加热，形成低共熔溶剂体系；
3)将形成的低共熔溶剂体系转移至反应釜中，反应，得到高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中，所述聚乙二醇为聚乙二醇200或聚乙二醇300；
聚乙二醇与尿素的摩尔比为2:1；
所述加热在40-100℃油浴锅中进行。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：步骤2)中，所述Fe盐、Co盐、Ni盐、Cr盐和Mn盐以等摩尔数加入；所述摩尔数为0～0.1mol；
DESs与所述Fe盐、Co盐、Ni盐、Cr盐或Mn盐的配比为：10～100mL：0～0.1mol。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于：所述反应在烘箱中进行，反应温度为150～300℃，时间为2～48h。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于：所得高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx由纳米粒子组成。
6.由权利要求1-5中任一项所述方法制得的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx。
7.权利要求6所述的高熵金属氧化物FeCoNiCrMnOx作为电析氧催化剂在水分解制氢中的应用。
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