[發(fā)明專利]一種鈷鎳層狀雙氫氧化物非晶結(jié)構(gòu)的控制方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210031228.1
• 申請(qǐng)日: 2022-01-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114702083A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-07-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于薛剛;葉友;單妍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 青島科技大學(xué)
• 主分類號(hào): C01G53/00
• 分類號(hào): C01G53/00
• 代理公司: 青島中天匯智知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37241
• 代理人: 孟琦

本發(fā)明提供了一種含有非晶結(jié)構(gòu)鈷鎳層狀雙氫氧化物制備方法。主要特點(diǎn)是以硝酸鈷、尿素、氟化銨、泡沫鎳為原料，利用水熱過(guò)程制備出鈷鎳層狀雙氫氧化物，再通過(guò)電氧化處理在鈷鎳層狀雙氫氧化物邊緣區(qū)域得到非晶結(jié)構(gòu)。主要原理：原料在水熱處理過(guò)程中發(fā)生氧化還原反應(yīng)得到鈷鎳的雙氫氧化物，再對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行電氧化處理，改變了鈷離子的化學(xué)價(jià)態(tài)，能得到含有非晶結(jié)構(gòu)鈷鎳層狀雙氫氧化物。非晶結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)增加了活性位點(diǎn)，提高其比表面積，解決了雙氫氧化物催化性能不足的問(wèn)題。該方法具有操作簡(jiǎn)單，產(chǎn)物非晶程度可控等優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及到利用水熱法以及電氧化法制備含有非晶結(jié)構(gòu)的鈷鎳層狀雙氫氧化物的制備方法，屬于材料制備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前，化石燃料的巨大消耗是一個(gè)人們所關(guān)心的問(wèn)題，也是影響碳中和經(jīng)濟(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。氫能因?yàn)槠涓吣芰棵芏取h(huán)境友好性以及來(lái)源的豐富性的優(yōu)點(diǎn)，使它成為傳統(tǒng)化石能源最有潛力的替代品之一。電解水是大規(guī)模制造氫氣的一個(gè)有效方法，電解水過(guò)程分為析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)，這兩個(gè)反應(yīng)都是需要合適的催化劑來(lái)保證反應(yīng)高效快速以及穩(wěn)定進(jìn)行。與析氫反應(yīng)不同，析氧反應(yīng)具有較低的能量轉(zhuǎn)換效率和緩慢的動(dòng)力學(xué)，這是因?yàn)檠鯕獾男纬砂殡S著四個(gè)電子轉(zhuǎn)移。高效析氧反應(yīng)催化劑的開(kāi)發(fā)可以大大提高電解水產(chǎn)生氫氣的速率和能量轉(zhuǎn)換效率。迄今為止，貴金屬基材料被認(rèn)為是最有效的電解水的催化劑(如用于析氫反應(yīng)的鉑以及用于析氧反應(yīng)的二氧化釕等)。然而，由于貴金屬基材料的高成本性和稀缺性，限制了其廣泛應(yīng)用。因此設(shè)計(jì)和制備高效的非貴金屬基催化劑是必不可少的。

在眾多優(yōu)良的電催化劑中，CoNi層狀雙氫氧化物(LDH)，由于其在化學(xué)成分、形態(tài)和厚度方面的靈活可調(diào)性，已被顯著驗(yàn)證為OER的可實(shí)現(xiàn)電催化劑，引起了研究人員的廣泛關(guān)注。Chu(Zhang X,Fan J J,Lu X Y,et al.Bridging NiCo layered double hydroxidesand Ni3S2 for bifunctional electrocatalysts:The role of vertical graphene[J].Chemical Engineering Journal,2021,415.)等人報(bào)道了一種混合型Ni₃S₂/垂直Graphene@CoNi-LDH催化劑。垂直石墨烯的引入可以促進(jìn)電荷和離子的傳輸，并可以形成優(yōu)化的二維異質(zhì)結(jié)構(gòu)。Hu(Hu L Y,Li M Y,Wei X Q,et al.Modulating interfacialelectronic structure of CoNi LDH nanosheets with Ti3C2Tx MXene for enhancingwater oxidation catalysis[J].Chemical Engineering Journal,2020,398.)等人發(fā)現(xiàn)了復(fù)合材料Ti₃C₂T_x MXene@CoNi-LDH具有優(yōu)異的OER性能。通過(guò)使用Ti₃C₂T_x MXene作為載體，導(dǎo)致顯著的電子耦合和強(qiáng)烈的界面相互作用，可以進(jìn)一步增強(qiáng)CoNi-LDH的OER活性。然而，LDH本身的催化活性還不夠，本發(fā)明用水熱法以及電氧化法合成了含有非晶結(jié)構(gòu)的鈷鎳層狀雙氫氧化物，使材料的析氧性能進(jìn)一步增加。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種含有非晶結(jié)構(gòu)的鈷鎳層狀雙氫氧化物的的簡(jiǎn)單制備方法，主要特點(diǎn)是以硝酸鈷、氟化銨、尿素為原料，利用水熱過(guò)程，就可以制備出鈷鎳層狀雙氫氧化物，經(jīng)電氧化處理得到非晶層。

具體步驟是：

(1)鈷鎳層狀雙氫氧化物的制備

用一定量的稀鹽酸、丙酮以及乙醇依次將泡沫鎳清洗，清洗后的泡沫鎳在60℃的條件下真空干燥；按比例將硝酸鈷、尿素以及氟化銨溶解于50mL去離子水中配成溶液，將清洗后的泡沫鎳放置其中混合均勻，并一起轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯反應(yīng)釜中，在120℃下反應(yīng)6h，就可以得到鈷鎳層狀雙氫氧化物。

(2)電氧化處理得到非晶結(jié)構(gòu)