[發明專利]一種鈷鐵氧化物-磷酸鈷電催化析氧復合材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911308851.1
• 申請日: 2019-12-18
• 公開（公告）號: CN111036247B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 王兆杰;郭鵬;曹守福;劉思遠;魯效慶;魏淑賢
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04;C25B11/061
• 代理公司: 天津英揚昊睿專利代理事務所(普通合伙) 12227
• 代理人: 徐忠麗

本發明提供了一種鈷鐵氧化物?磷酸鈷電催化析氧復合材料及其制備方法和應用，該復合材料為鈷鐵氧化物納米方塊與原位生長于泡沫鎳的磷酸鈷納米陣列的復合材料，其表達式為CoFeO?CoPi@NF,屬于新能源納米材料合成技術領域。以生長于泡沫鎳上的磷酸鈷納米陣列作為模板和鈷源，通過引入鐵氰根，在磷酸鈷納米陣列上形成鐵氰化鈷納米方塊，經過在空氣氛圍中高溫煅燒，即得到鈷鐵氧化物與磷酸鈷的復合材料。本發明的合成方法簡單有效地將磷酸鈷和鈷鐵氧化物復合，豐富了多金屬氧化物與含氧酸鹽的復合的合成方法。該材料表現出優異的電催化析氧的性能，并且其在電催化析氧之后發生了明顯的形貌轉化，適用于新能源開發領域。

技術領域

本發明屬于新能源納米材料合成及電化學技術領域，具體的說，涉及一種高效的鈷鐵氧化物-磷酸鈷復合材料電催化析氧復合材料的合成及其應用。

背景技術

能源危機和環境污染是當今社會所面臨的兩大難題。氫能由于高能量密度以及無污染，是化石能源的理想替代品。電解水制氫技術是一種理想的制氫技術，但是價格高昂的催化劑是制約電解水技術發展的最大障礙。由于復雜的反應過程以及緩慢的動力學過程，析氧反應是電解水制氫的決速步驟。但是目前電催化析氧催化劑面臨著成本高，效率低等問題，因此開發出廉價高效的電催化析氧催化劑是發展電解水制氫技術的關鍵。

由于磷酸根是一種良好的質子載體并且可以有效的促進質子的傳輸，因此過渡金屬磷酸鹽是一種良好的電催化析氧的催化劑。同時過渡金屬氧化物由于其良好的親水性，同樣在電催化析氧中表現出了較高的活性。然而，單一材料依然具有一定的局限性，例如，無論磷酸鹽還是氧化物，都具有較高的電阻，這也嚴重的阻礙電催化析氧活性的進一步提升。因此通過合理的設計，將二者復合，優化其電子結構，可進一步的優化其電催化反應路徑，進而提升其催化反應的活性。

發明內容

本發明提供了一種鈷鐵氧化物-磷酸鈷電催化析氧復合材料及其合成方法和應用，解決了過渡金屬氧化物與過渡金屬磷酸鹽的有效復合的問題。

本發明針對目前過渡金屬氧化物與過渡金屬磷酸鹽復合不徹底，形貌難以控制以及雜質濃度高等問題，提供了一種利用生長于磷酸鈷納米陣列鐵氰化鈷納米方塊作為模板，通過在空氣中高溫煅燒，即得到鈷鐵氧化物與磷酸鈷復合的納米材料。

為解決上述問題，本發明采用以下技術方案予以實現：

一方面，本發明提供了一種鈷鐵氧化物-磷酸鈷電催化析氧復合材料，所述復合材料為鈷鐵氧化物納米方塊與磷酸鈷納米陣列所構成的納米復合材料，其表達式為CoFeO-CoPi@NF。

另一方面，本發明還提供了上述鈷鐵氧化物-磷酸鈷電催化析氧復合材料的制備方法，包括以下步驟：

(1)磷酸鈷納米陣列前驅體的合成；

(2)鐵氰化鈷-磷酸鈷前驅體的合成；

(3)鐵氰化鈷-磷酸鈷的高溫煅燒。

進一步地，上述鈷鐵氧化物-磷酸鈷電催化析氧復合材料的具體制備方法如下：

(1)磷酸鈷納米陣列前驅體的合成方法如下：將泡沫鎳(2cm*3cm)事先用丙酮與鹽酸的混合溶液超聲處理20～40分鐘，以除去表面的油脂和氧化層。將六水合硝酸鈷和磷酸二氫銨溶于水，攪拌20～40分鐘，制得溶液A。將溶液A倒入反應釜中，并將事先處理好的泡沫鎳放入溶液A中，放入烘箱，在180℃的條件下反應8～16個小時，反應結束后待反應釜冷卻至室溫，取出泡沫鎳，用去離子水和無水乙醇沖洗3～4次，在真空烘箱中，50～70℃的條件下烘10～15個小時，即得到磷酸鈷前驅體，記為CoPi@NF。