[發(fā)明專利]一種合成鈷摻雜鎳鐵網(wǎng)狀納米片陣列高效雙功能電催化劑的方法和應(yīng)用在審
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010132490.6 | 申請日： | 2020-02-29 |
| 公開（公告）號： | CN111437819A | 公開（公告）日： | 2020-07-24 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 范愛玲;曹小強(qiáng);謝登奎;龐偉;高殿超;郭亞琪 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京工業(yè)大學(xué) |
| 主分類號： | B01J23/755 | 分類號： | B01J23/755;C25B11/06;C25B1/04;B01J35/10 |
| 代理公司： | 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203 | 代理人： | 劉萍 |
| 地址： | 100124 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 合成 摻雜 網(wǎng)狀 納米 陣列 高效 功能 催化劑 方法 應(yīng)用 | ||
本發(fā)明涉及一種合成鈷摻雜鎳鐵網(wǎng)狀納米片陣列高效雙功能電催化劑的方法和應(yīng)用。本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有商用的析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)催化劑為貴金屬，價格貴且穩(wěn)定性差，工業(yè)應(yīng)用受限和現(xiàn)有廉價鎳鐵催化劑合成工藝復(fù)雜、成本高、催化性能單一，嚴(yán)重制約其大規(guī)模合成和應(yīng)用的問題。本發(fā)明通過簡單的兩鍋水熱法，首先對泡沫鎳預(yù)處理，然后將預(yù)處理過的泡沫鎳浸入鎳鐵鹽溶液中，水熱反應(yīng)一段時間后取出，再浸入鈷鹽溶液水熱反應(yīng)后，取出干燥得到鈷摻雜鎳鐵網(wǎng)狀納米片陣列高效雙功能電催化劑。本發(fā)明合成方法簡便、成本低，對設(shè)備要求低，可大規(guī)模生產(chǎn)，適合工業(yè)應(yīng)用的需要。本發(fā)明可獲得鈷摻雜鎳鐵網(wǎng)狀納米片陣列高效雙功能電催化劑。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種合成高效雙功能電催化劑的方法和應(yīng)用。
背景技術(shù)
近年來，隨現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展能源問題和環(huán)境問題日益突出，開發(fā)利用可持續(xù)的清潔能源替代現(xiàn)有化石能源迫在眉睫。氫能由于燃燒熱值高，無污染而成為科學(xué)家關(guān)注的焦點。相對于化石燃料制備氫氣來說，電解水制氫技術(shù)原料來源廣，產(chǎn)氫純度高，可操作性強(qiáng)而被認(rèn)為是最有前途的獲取氫能的方法。但是，由于電解水制氫技術(shù)涉及析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)兩個過程，這兩個過程均需催化劑使電解反應(yīng)經(jīng)濟(jì)節(jié)能。工業(yè)上析氫反應(yīng)(HER)采用貴金屬Pt作催化劑，析氧反應(yīng)(OER)依賴貴金屬銥、釕氧化物，但因這些貴金屬地殼儲量稀少，成本高，嚴(yán)重限制了其大規(guī)模的應(yīng)用。目前，廉價電催化劑的研究已取得一定進(jìn)展。文獻(xiàn)報道的廉價電催化劑主要是利用過渡金屬材料鎳(Ni)、鐵(Fe)、鈷(Co)、鉬(Mo)等和非金屬材料碳(C)、氮(N)、磷(P)、硫(S)等合成。如申請?zhí)枮?01810379389.3的專利公開了一種通過機(jī)械合金化法制備的析氧反應(yīng)電催化劑非晶合金FeMnCoNiP，制備過程復(fù)雜，周期長，僅僅球磨就需要50-60小時,催化活性與文獻(xiàn)報道的相比沒有顯著優(yōu)勢，在1mol·L-1的KOH溶液中電流密度為10mA·cm-2時其所需析氧過電位高達(dá)350mV左右，且催化性能單一，僅可用于堿性環(huán)境中催化電解水的析氧反應(yīng)。申請?zhí)枮?01810889791.6的專利公開的鎳鐵納米片陣列電催化劑也存在催化性能單一的問題。考慮到大規(guī)模電解水制氫過程中采用不同的析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)電催化劑，會造成生產(chǎn)成本增高，操作不便的問題，因此研發(fā)高效廉價雙功能電催化劑勢在必行。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有商用的析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)催化劑為貴金屬，資源稀缺、價格貴，工業(yè)應(yīng)用受限和現(xiàn)有廉價鎳鐵催化劑合成工藝復(fù)雜、成本高、催化性能單一，嚴(yán)重制約其大規(guī)模合成和應(yīng)用的問題，提供一種合成鈷摻雜鎳鐵網(wǎng)狀納米片陣列高效雙功能電催化劑的方法和應(yīng)用。
一種合成鈷摻雜鎳鐵網(wǎng)狀納米片陣列高效雙功能電催化劑的方法和應(yīng)用是按以下步驟完成的：
(1)泡沫鎳的預(yù)處理：
將商業(yè)泡沫鎳浸入到0.5～2M稀鹽酸中超聲10min～20min，取出后先用無水乙醇超聲清洗10～15min，再用去離子水沖洗3～5次，得到去除雜質(zhì)的泡沫鎳；
(2)配制鎳鐵鹽溶液A：
將鐵鹽、鎳鹽和尿素溶解到去離子水中，磁力攪拌5～15min，得到鎳鐵鹽溶液A；
(3)配制鈷鹽溶液B：
將鈷鹽和尿素溶解到去離子水中，磁力攪拌5～15min，得到鈷鹽溶液B；
(4)一次水熱反應(yīng)：
將鎳鐵鹽溶液A倒入不銹鋼高壓反應(yīng)釜的聚四氟乙烯內(nèi)襯中，接著將處理的泡沫鎳浸入鎳鐵鹽溶液A中，然后封閉高壓反應(yīng)釜，并將其移入電烘箱中加熱8～10小時后，冷卻到室溫，取出后用去離子水沖洗3～5次，得到鎳鐵網(wǎng)狀納米片陣列；
(5)二次水熱反應(yīng)：
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