[發(fā)明專利]一種非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料及其制備方法與應(yīng)用

有效

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• 申請日: 2021-12-31
• 公開（公告）號: CN114394603B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鄭昭科;趙云瑞;黃柏標;王澤巖;王朋;劉媛媛;程合鋒;張倩倩;張曉陽
• 申請（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號: C01B35/04
• 分類號: C01B35/04;C25B1/04;C25B11/075
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 王磊

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及電催化分解水制氧的電催化劑，具體涉及一種非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料及其制備方法與應(yīng)用，制備方法，將亞鐵鹽和鎳鹽制成混合溶液，在惰性氣氛和冰水浴的條件下，向混合溶液中滴加硼氫化物的溶液進行反應(yīng)獲得非晶態(tài)NiFeB納米材料，在惰性氣氛條件下，將非晶態(tài)NiFeB納米材料進行低溫煅燒，即得。本發(fā)明提供的非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料作為電催化劑時，能夠?qū)崿F(xiàn)較低的產(chǎn)氧過電位，并具有較好的穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于新材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及電催化分解水制氧的電催化劑，具體涉及一種非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

公開該背景技術(shù)部分的信息僅僅旨在增加對本發(fā)明的總體背景的理解，而不必然被視為承認或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已經(jīng)成為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

水分解反應(yīng)由兩個半反應(yīng)組成：析氧反應(yīng)(OER)和析氫(HER)反應(yīng)。據(jù)發(fā)明人研究了解，非晶態(tài)硼化物由于固有結(jié)構(gòu)和低熱力學(xué)穩(wěn)定性，因而其作為電催化劑時，在電化學(xué)反應(yīng)過程中很容易被腐蝕。所以，合理設(shè)計和構(gòu)建非晶態(tài)鎳鐵基硼化物以同時獲得高OER活性和高穩(wěn)定性對于實現(xiàn)過渡金屬硼化物工業(yè)電解水的應(yīng)用至關(guān)重要。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明提供的非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料作為電催化劑時，能夠?qū)崿F(xiàn)較低的產(chǎn)氧過電位，并具有較好的穩(wěn)定性。并且該材料反應(yīng)原料易得、制備方法簡單、元素環(huán)境有好、成本低廉利于工業(yè)化等優(yōu)點。因此該材料具有良好的應(yīng)用價值。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一方面，一種非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料的制備方法，將亞鐵鹽和鎳鹽制成混合溶液，在惰性氣氛和冰水浴的條件下，向混合溶液中滴加硼氫化物的溶液進行反應(yīng)獲得非晶態(tài)NiFeB納米材料，在惰性氣氛條件下，將非晶態(tài)NiFeB納米材料進行低溫煅燒，即得。

本發(fā)明在惰性氣氛和冰水浴的條件下制備的非晶態(tài)NiFeB納米材料具有特定結(jié)構(gòu)，例如核殼結(jié)構(gòu)、片狀結(jié)構(gòu)等，然后進行低溫煅燒調(diào)節(jié)硼電子結(jié)構(gòu)，并維持該特定結(jié)構(gòu)，從而使得獲得的非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料具有較低的產(chǎn)氧過電位及良好的穩(wěn)定性。

研究表明，當非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料為核殼結(jié)構(gòu)時，具有更為優(yōu)異的電催化析氧活性和穩(wěn)定性。當鎳鹽為氯化鎳時，可以獲得的非晶態(tài)NiFeB納米材料為核殼結(jié)構(gòu)，經(jīng)過低溫煅燒能夠維持該種結(jié)構(gòu)。

另一方面，一種非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料，由上述制備方法獲得。

第三方面，一種上述非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料作為電催化劑在電催化分解水中的應(yīng)用。

第四方面，一種電分解水的裝置，包括工作電極，所述工作電極附著上述非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的以上一個或多個技術(shù)方案取得了以下有益效果：

本發(fā)明制備的非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料具有特定的微觀結(jié)構(gòu)(例如核殼結(jié)構(gòu)、片狀結(jié)構(gòu)等)，其中，核殼結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用有利于NiFeOOH活性物種的生成。一方面，硼化物核由于其較高的導(dǎo)電性可以促進OER過程中的電荷轉(zhuǎn)移。另一方面，硼酸鹽殼暴露出更多的活性位點，促進了NiFeOOH的生成。此外，非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料在低溫煅燒后表面硼酸鹽比例升高，進一步提高了活性位點數(shù)量和活性物質(zhì)中鎳的價態(tài)。相比于片狀結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料，非晶態(tài)NiFeB?NPs-300催化劑的核殼結(jié)構(gòu)有利于催化劑在OER過程中保持穩(wěn)定，并且有序的納米顆粒結(jié)構(gòu)相較于無序分布的納米片結(jié)構(gòu)展現(xiàn)了更大的電化學(xué)活性面積。在OER過程中，核殼結(jié)構(gòu)的非晶態(tài)鎳鐵基硼化物納米材料的形貌和電子結(jié)構(gòu)更有利于重構(gòu)生成NiFeOOH活性物質(zhì)。得益于這些特性，非晶態(tài)NiFeB?NPs-300催化劑展現(xiàn)了優(yōu)異的電催化析氧活性和穩(wěn)定性。