[發(fā)明專利]一種表面鐵鎳缺陷層修飾的過渡金屬鐵鎳納米粉體催化劑

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011093792.3
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112264017B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馮立綱;劉宗
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州大學(xué)
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 鄒偉紅

本發(fā)明公開了一種表面鐵鎳缺陷層修飾的過渡金屬鐵鎳納米粉體催化劑。將鐵鎳原子比為1：3的鐵鎳合金納米粒子，在空氣或含氧氣氣氛下于250?350℃下保溫一段時間，得到表面氧化的鐵鎳基納米粒子前驅(qū)體，再置于氫氣氣氛于350℃?450℃下熱處理一段時間，得到所述催化劑。該催化劑具有高效水電解氧析出活性；該催化劑的氧析出活性明顯好于未經(jīng)氫氣處理的過渡金屬鐵鎳納米粉體，本發(fā)明制備方法簡單，成本低，適用于大批量產(chǎn)生。

背景技術(shù)

水電解作為一種可靠的清潔能源來源技術(shù)，其單位氫氣能耗大小是水電解制氫應(yīng)用的關(guān)鍵。水電解能耗來源主要為陽極析氧過電位和陰極析氫過電位，其中，陽極析氧過電位較高，能耗較大，直接增加了水電解成本。此外，陽極端析氧催化劑一般采用貴金屬（銥/釕）催化劑降低過電位，這類貴金屬在水電解實際應(yīng)用中占據(jù)大部分成本。目前，限制水電解大規(guī)模應(yīng)用的核心問題有能耗成本較大和陽極端貴金屬催化劑成本過高。因此，開發(fā)高性能的陽極析氧電催化劑，特別是采用易合成的賤金屬催化劑，是解決這些問題的關(guān)鍵手段。

在電催化析氧中，材料的活性，穩(wěn)定性，導(dǎo)電性等是影響其析氧性能的關(guān)鍵指標(biāo)。目前已報道的陽極析氧過渡金屬電催化劑主要有過渡金屬合金(FeNi₃,?FeNi)，氧化物(Fe₂O₃，NiO)，氫氧化物(過渡金屬LDH，F(xiàn)eOOH,?Ni(OH)₂)等。過渡金屬氧化物導(dǎo)電性較差，不利于氧析出反應(yīng)過程中電子傳導(dǎo)過程，部分氧化物也存在穩(wěn)定性不足等問題。[Chem.Mater.?29(1)?(2017)?120-140.]；過渡金屬鐵鎳合金具有良好的導(dǎo)電性，在氧析出催化反應(yīng)后，其表面一般轉(zhuǎn)化為氧化物和氫氧化物等物種。但鐵鎳合金粉體催化劑表面活性位點較少，其催化活性較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種表面鐵鎳缺陷層修飾的過渡金屬鐵鎳納米粉體催化劑及其水電解析氧反應(yīng)的應(yīng)用。該粉體催化劑具有表面鐵鎳缺陷層修飾的過渡金屬鐵鎳納米粉體結(jié)構(gòu)，在水電解陽極氧析出反應(yīng)中，具有豐富和充分暴露的催化反應(yīng)活性位點，在應(yīng)用中具有高的水電解氧析出活性。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：一種表面鐵鎳缺陷層修飾的過渡金屬鐵鎳納米粉體催化劑，將鐵鎳合金納米粒子依次經(jīng)低氧化刻蝕和低溫氫氣煅燒處理，得到所述催化劑，具體過程如下：

將鐵鎳原子比為1：3的鐵鎳合金納米粒子，在空氣或含氧氣氣氛下于250-350℃下保溫一段時間，得到表面氧化的鐵鎳基納米粒子前驅(qū)體，再置于氫氣氣氛于350℃-450℃下熱處理一段時間，得到所述催化劑。

較佳的，鐵鎳合金納米粒子發(fā)粒徑小于或等于300?nm。

較佳的，在空氣或含氧氣氣氛下于250-350℃下保溫?zé)?小時。

較佳的，置于氫氣氣氛于350℃-450℃下熱處理2小時。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

（1）與表面氧化的鐵鎳粉體催化劑相比，表面鐵鎳缺陷層修飾的FeNi基粉體催化劑催化活性中心更多，催化活性更高，且無外來雜質(zhì)。

（2）與其他納米形貌及合成方法相比，納米粒子合成簡易，操作簡單，成本較低，技術(shù)路線有利于批量制備。

附圖說明

圖1為實施例1制得的表面鐵鎳缺陷層修飾的FeNi基粉體催化劑的TEM圖。

圖2為實施例1制得的表面鐵鎳缺陷層修飾的FeNi基粉體催化劑的XRD圖譜。

圖3為實施例2制得的表面鐵鎳缺陷層修飾的FeNi基粉體催化劑的氧析出性能曲線。

圖4為對比例1制得的250度氧化的FeNi基粉體催化劑的氧析出性能曲線。

圖5為對比例2制得的350度氧化的FeNi基粉體催化劑的氧析出性能曲線。

具體實施方式