[發明專利]一種泡沫鎳負載銀摻雜四氧化三鈷納米片及其制備方法和應用

在審

• 申請號: 201910163497.1
• 申請日: 2019-03-05
• 公開（公告）號: CN109718809A
• 公開（公告）日: 2019-05-07
• 發明（設計）人: 劉又年;宋亞偉;鄧留
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 長沙市融智專利事務所(普通合伙) 43114
• 代理人: 魏娟

本發明公開了一種泡沫鎳負載銀摻雜四氧化三鈷納米片及其制備方法和應用。所述泡沫鎳負載銀摻雜四氧化三鈷納米片，包括泡沫鎳，以及原位生長于泡沫鎳表面的銀摻雜四氧化三鈷納米片。所述制備方法中，在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在的水溶液中，通過硼氫酸鹽的還原，同步實現銀在四氧化三鈷納米片上的摻雜，以及原位生長于泡沫鎳上。本發明克服了現有技術在材料制備方法復雜、成本高且電催化析氧(以下稱：OER)性能差等問題，制備方法簡單、經濟高效，所得銀摻雜的四氧化三鈷材料形貌可控、同時具有較高的電導率、長期的穩定性、較低的過電勢，具有優異的OER性能，非常適合應用于電催化析氧反應中。

技術領域

本發明屬于無機納米材料領域，具體涉及一種泡沫鎳負載銀摻雜四氧化三鈷納米片及其制備方法和應用。

背景技術

析氧反應(OER)作為電解水中重要的半反應，作為諸多能源相關關鍵過程之一，是解決能源危機的關鍵部分，已經得到了廣泛的關注。但是在目前的研究中仍然存在一系列難以解決的問題，其中最困難的是解決其反應動力學，由于OER本身具有較高的反應能壘、在反應中涉及4電子過程，決定了其較大的反應過電位、較慢的反應速率及較高的經濟成本，因此OER是水分解過程中的限速反應，開發用于OER的高效電催化劑無疑將促進電解水的工業化。

目前，基于Ir和Ru的氧化物納米粒子得到了應用，但是它們高昂的價格和較低的循環穩定性使其不能滿足日益增長的能源、環境需求。因此，探索可替代RuO₂、IrO₂的廉價、高效且長期穩定性的OER催化劑迫在眉睫。近年來，原料來源豐富、廉價、制備過程簡單的過渡金屬催化劑是熱門的研究對象，過渡金屬氫氧化物、氧化物、硫化物、氮化物、磷酸鹽等被作為替代Ir和Ru的很有前景的電催化劑。其中，Co基氧化物電催化劑在堿性介質中的理論上具有高OER活性和高穩定性受到了越來越多的關注。

然而現有技術中所制備的Co氧化物電催化劑，在性能上存在電導率不足，催化效率低，在制備工藝上更是存在合成過程條件苛刻、操作可行性差、能耗高等問題。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的第一個目的在于提供一種形貌可控、具有高電導率、優異催化性能的泡沫鎳負載銀摻雜四氧化三鈷納米片(Ag-Co₃O₄/NF)。

本發明的第二個目的在于提供一種泡沫鎳負載多孔銀摻雜鈷氧化物納米片的制備方法，該制備方法簡單可控，成本低廉。

本發明的第三個目的在于提供上述泡沫鎳負載多孔銀摻雜鈷氧化物納米片的應用。

為了實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

本發明一種泡沫鎳負載銀摻雜四氧化三鈷納米片，包括泡沫鎳(NF)，以及原位生長于泡沫鎳表面的銀摻雜四氧化三鈷納米片(Ag-Co₃O₄)。

本發明提供了泡沫鎳負載銀摻雜四氧化三鈷納米片，同步實現銀在四氧化三鈷納米片上的摻雜，以及原位生長于泡沫鎳上，通過所述的原位成長復合，可明顯提升三者之前的協同作用，提升材料性能。同時在應用過程中，由于Ag-Co₃O₄納米片是通過原位生長在泡沫鎳基底上，能使泡沫鎳基底和納米片之間產生較強的粘附力，有效防止納米片應用過程中，在電催化反應中的脫落問題。

優選的方案，所述銀摻雜四氧化三鈷納米片為多孔二維片狀結構，其均勻分布在泡沫鎳上；孔徑為0.5-1.5nm，直徑為100-200nm；厚度為1-2nm。

優選的方案，所述銀摻雜四氧化三鈷納米片中，Co、Ag、O元素分布均勻，按摩爾比計，Ag：Co＝1～2:5～50。

優選的方案，所述泡沫鎳的厚度為1.5mm-2mm。進一步優選為1.7mm。