CN106129401A - 一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙及其制备方法 - Google Patents
一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN106129401A CN106129401A CN201610494334.8A CN201610494334A CN106129401A CN 106129401 A CN106129401 A CN 106129401A CN 201610494334 A CN201610494334 A CN 201610494334A CN 106129401 A CN106129401 A CN 106129401A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- wall
- cobalt acid
- cobalt
- surface roughness
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 162
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 75
- 239000002253 acid Substances 0.000 title claims abstract description 37
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 37
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 title claims abstract description 37
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 37
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 title claims abstract description 23
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 67
- XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N Urea Chemical compound NC(N)=O XSQUKJJJFZCRTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 14
- 235000013877 carbamide Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- 239000004202 carbamide Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 6
- 150000001868 cobalt Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910005949 NiCo2O4 Inorganic materials 0.000 claims description 41
- 229910003266 NiCo Inorganic materials 0.000 claims description 19
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 10
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 claims description 7
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910001429 cobalt ion Inorganic materials 0.000 claims description 6
- XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+) Chemical compound [Co+2] XLJKHNWPARRRJB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 5
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 5
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 claims description 3
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 claims description 3
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 3
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 claims description 2
- GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L cobalt dichloride Chemical compound [Cl-].[Cl-].[Co+2] GVPFVAHMJGGAJG-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical group [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910001981 cobalt nitrate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L cobalt(2+) sulfate Chemical compound [Co+2].[O-]S([O-])(=O)=O KTVIXTQDYHMGHF-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229940097267 cobaltous chloride Drugs 0.000 claims description 2
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L nickel sulfate Chemical compound [Ni+2].[O-]S([O-])(=O)=O LGQLOGILCSXPEA-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 2
- 229910000363 nickel(II) sulfate Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 239000002904 solvent Substances 0.000 abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 abstract description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000011029 spinel Substances 0.000 description 9
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 8
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 8
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 7
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 7
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 6
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N cobalt(2+);cobalt(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Co+2].[Co+3].[Co+3] UBEWDCMIDFGDOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000002484 cyclic voltammetry Methods 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical class Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000002848 electrochemical method Methods 0.000 description 1
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 238000002173 high-resolution transmission electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000013067 intermediate product Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N oxonickel Chemical compound [Ni]=O GNRSAWUEBMWBQH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 238000006479 redox reaction Methods 0.000 description 1
- 238000013112 stability test Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010200 validation analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/46—Metal oxides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
- H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
- H01G11/22—Electrodes
- H01G11/30—Electrodes characterised by their material
- H01G11/50—Electrodes characterised by their material specially adapted for lithium-ion capacitors, e.g. for lithium-doping or for intercalation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
- H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
- H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/13—Energy storage using capacitors
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙及其制备方法。该方法以泡沫镍为基质,使用可溶镍盐和可溶钴盐为原料、以甲醇为溶剂、以尿素作为沉淀剂的条件下,通过溶剂热反应制备得到系列泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙。本发明的实验过程操作简单,条件适宜且容易控制,将制得的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙可直接作为直接甲醇燃料电池阳极和超级电容器电极使用,无需进一步制备电极。经测试,其电催化甲醇氧化具有优异的电催化性能及高的循环稳定性,作为超级电容器电极时亦具有相当的电化学活性。
Description
技术领域
本发明属于燃料电池催化剂技术领域,具体提供了一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙(NiCo2O4NWs/NF)及其制备方法。
背景技术
直接甲醇燃料电池(DMFCs)因具有能量转换率高、比能量高以及环境友好等优点,而成为未来能源储存和转换装置的理想选择。目前DMFCs的阳极电催化剂多使用铂(Pt),但由于Pt价格高昂以及甲醇阳极氧化过程中产生的中间产物CO在催化剂Pt表面上的强吸附与积累导致催化剂中毒失活,严重阻碍了DMFCs的商业化应用,因此,寻找具有低廉成本、高催化活性和高稳定性的非贵金属电催化剂替代Pt基催化剂是目前DMFCs的研究热点。
钴酸镍(NiCo2O4)是一种尖晶石型结构的复合氧化物,其中Ni取代了四氧化三钴(Co3O4)晶格四面体中的Co2+和八面体中的Co3+。NiCo2O4不仅具有价格低廉、来源广泛和环境友好等巨大优势,且与氧化镍、四氧化三钴等单金属氧化物相比,NiCo2O4的导电率至少高了两个数量级。因此,NiCo2O4已广泛应用于电化学催化、锂离子电池及超级电容器等领域。众所周知,电极的性能除了与材料特性有关外,还与材料的结构有极大的关联,大的比表面积和适当的孔结构可以为电化学反应提供更多的接触位点和为电子/离子传输提供更短的途径。因此,已有诸多工作致力于制备具有高比表面积和适当孔结构的钴酸镍纳米结构,常用的策略包括将纳米结构阵列化及制备核壳结构等。除了上述常用策略,粗糙度是另一个影响电极电化学活性的重要因素,电极材料粗糙的表面结构有利于增大比表面积和暴露更多的活性位。然而,据我们所知,目前尚未见有关泡沫镍(NF)负载高粗糙度的NiCo2O4纳米墙(NWs)及其制备方法的报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙及其制备方法。
本发明的技术方案为:以泡沫镍(NF)为基质,使用可溶镍盐和可溶钴盐为原料、以甲醇为溶剂、以尿素作为沉淀剂的条件下,通过溶剂热反应制备得到系列泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙。将其应用于电催化甲醇氧化具有极高的活性和优异的稳定性。
本发明所述的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙的制备方法为:
(1)将泡沫镍依次用丙酮、浓度为1-4M的盐酸溶液、去离子水和乙醇各超声洗涤15-30min,然后60-80℃真空干燥2-12h;
(2)将可溶镍盐、可溶钴盐、尿素溶于甲醇中得到混合盐溶液,超声处理0.5-2h;然后倒入聚四氟乙烯衬里的高压釜中,将步骤(1)处理后的泡沫镍放入其中,110-130℃下反应2-24h,优选2-5h,反应结束后自然冷却至室温,将反应后的泡沫镍分别用乙醇和水超声洗涤,60-80℃真空干燥箱12h;
(3)将步骤(2)得到的产品置于空气气氛中,300-400℃焙烧2-3h,升温速率为1-2℃/min,即得泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙。
步骤(2)配制的混合盐溶液中镍离子和钴离子的摩尔比为1:4-1:1,优选1:2;镍离子和钴离子的摩尔之和与尿素的摩尔比为1:4-1:6,镍离子和钴离子的总浓度范围为0.011-0.086mol/L。镍离子的摩尔浓度优选1mmol/L。
所述的可溶镍盐选自硝酸镍、硫酸镍、氯化镍。
所述的可溶钴盐选自硝酸钴、硫酸钴、氯化钴。
上述制备得到的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙,其结构为在泡沫镍表面自然垂直生长粗糙的钴酸镍纳米墙,钴酸镍纳米墙为尖晶石立方相,其由大小为800-1300nm、厚度20-30nm的超薄介孔NiCo2O4纳米片交错组装而成,其单个NiCo2O4纳米片由20-30nm的近立方形粒子有序排列而成,粒子间具有10-20nm的介孔。
将上述制备得到的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙作为碱性条件下直接醇类燃料电池电极材料的应用。所述的直接醇类燃料电池电极为电池阳极。所述的醇类为甲醇。
将上述制备得到的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙作为锂离子电池电极的应用。
将上述制备得到的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙作为超级电容器电极的应用。
本发明的有益效果在于:本发明采用溶剂热-热分解法,在泡沫镍基质上自然生长表面高粗糙度的钴酸镍纳米墙,其为多级结构纳米材料,纯度高,其高达1.4×104的表面粗糙度和介孔结构,极大地增大了电极的比表面积,增加了活性位的暴露。本发明的实验过程操作简单,条件适宜且容易控制,将制得的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙可直接作为直接甲醇燃料电池阳极和超级电容器电极使用,无需进一步制备电极。经测试,其电催化甲醇氧化具有优异的电催化性能及高的循环稳定性,作为超级电容器电极时亦具有相当的电化学活性。
附图说明
图1为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1的SEM图;
图2为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1的HRTEM图;
图3为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1的XRD图;
图4为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1在1M KOH中的循环伏安(CV)曲线;
图5为实施例1制备得到NiCo2O4NWs/NF-1在1M KOH中的CV曲线和在0.5mol/L甲醇与1mol/L KOH混合溶液中电催化氧化甲醇的CV曲线组合图;
图6为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1在0.5M甲醇与1M KOH混合溶液中进行电化学稳定性测试的电流-时间(i-t)曲线;
图7为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1在1M KOH溶液中不同扫描速率下的CV曲线;
图8为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1在1M KOH溶液中不同电流密度下的充放电曲线。
具体实施方式
现用以下最佳实施例来说明本发明,但不限制本发明的范围。
实施例1
(1):将大小为4cm×4cm的泡沫镍依次用丙酮、浓度为2M的盐酸溶液、去离子水和乙醇各超声洗涤30min,然后80℃真空干燥2h;
(2):称取1mmol的Ni(NO3)2·6H2O、2mmol的Co(NO3)2·6H2O和15mmol的尿素溶于70ml甲醇中,超声处理0.5h;
(3):将步骤(2)配制的溶液倒入100ml聚四氟乙烯衬里的高压釜中并放入步骤(1)处理好的泡沫镍,再将反应釜置于120℃下,反应5h,反应结束后将反应釜自然冷却至室温,将反应后的泡沫镍分别用乙醇和水超声洗涤三次,并置于真空干燥箱中80℃干燥12h;
(4)最后将步骤(3)得到的产品置于空气气氛中,350℃焙烧2h,升温速率为1℃/min,即得泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙,记作NiCo2O4NWs/NF-1。
NiCo2O4NWs/NF-1的形貌结构如图1a、b和图2a、b所示。纳米墙由大小约1065nm、厚度约24.4nm的超薄介孔NiCo2O4纳米片交错组装而成,其单个纳米片由约24nm的近立方形粒子有序排列而成,粒子间具有约10-20nm的介孔。纳米墙表面粗糙度高达1.4×104,极大地增加了活性位的暴露。XRD图(图3)对应的X-射线衍射数据与立方尖晶石相NiCo2O4标准卡片(JCPDS No.20-0781)一致,且没有出现其他杂质相,表明产物为高纯度钴酸镍。
对上述制备的NiCo2O4NWs/NF-1进行电化学表征:
采用传统的三电极体系对NiCo2O4NWs/NF-1电极进行电化学性能测试,剪取1cm×1cm的NiCo2O4NWs/NF-1作为工作电极,饱和甘汞电极(SCE)作为参比电极,铂片作为对电极。电解质溶液为分别为1M KOH溶液、0.5M CH3OH与1M KOH的混合溶液。循环伏安法(CV)曲线扫描电压范围为0~0.6V。
实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1电极在1M KOH中的循环伏安(CV)曲线见图4,扫描速率为5mV/s。
实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1电极在1M KOH中的CV曲线、在0.5M CH3OH与1M KOH混合溶液中催化氧化甲醇的CV曲线组合图见图5(图5中各序号表示为:a为0.5MCH3OH与1M KOH混合溶液中催化氧化甲醇的CV曲线,b为1M KOH中的CV曲线),扫描速率为5mV/s。由图5可知,与在KOH溶液中的电流密度相比,在含有甲醇的KOH混溶液中的电流密度有了较大的增加,0.6V时电流密度高达110A/g,这表明实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1具有很好的电催化甲醇氧化性能。
图6为室温下采用电流-时间法在1M KOH和0.5M CH3OH混合溶液中测试NiCo2O4NWs/NF-1的电催化甲醇氧化稳定性,固定电位为0.6V,测试时间为1800s。由图可知,连续测试1800s后,NiCo2O4NWs/NF-1的电流密度仍保留了初始值的89.4%,表明其具有十分优异的电化学稳定性。
图7为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1电极在1M KOH溶液中不同扫描速率下的CV曲线。在较低的扫速下,NiCo2O4NWs/NF-1电极的循环伏安曲线出现了明显的氧化还原峰。虽然随着扫速的增加,NiCo2O4NWs/NF-1电极的阳极峰向高电位偏移且峰电流密度增大,但即使在40mV/s的高扫速下,NiCo2O4NWs/NF-1的CV曲线的形状依然变化较小且仍能出现明显的氧化还原峰,这表明NiCo2O4NWs/NF-1电极具有很好的动力学可逆性。尤其,从5mV/s到40mV/s的8倍扫速增量时,NiCo2O4NWs/NF-1电极的阴极峰位置仅缓慢地从0.21V负移动到0.13V,这表明氧化还原反应能在电极的表面快速进行。
图8为实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1电极在1M KOH溶液中于不同电流密度下的充放电曲线。充放电曲线中存在的平台验证了材料的赝电容性能。通过放电时间计算得到,电流密度为1A/g时,实施例1制备得到的NiCo2O4NWs/NF-1比电容达1068F/g。
实施例2
将实施例1步骤(3)中的反应时间改为2h,其余反应条件与实施例1相同,得到的产物记作NiCo2O4NWs/NF-2。
将上述NiCo2O4NWs/NF-2进行表征,XRD图所对应的X-射线衍射数据与立方尖晶石相NiCo2O4的标准卡片(JCPDS No.20-0781)一致,且没有出现其他杂质相,表明合成的为高纯度钴酸镍。
实施例3
将实施例1步骤(3)中的反应时间改为12h,其余反应条件与实施例1相同,得到的产物记作NiCo2O4NWs/NF-3。
将上述NiCo2O4NWs/NF-3进行表征,XRD图所对应的X-射线衍射数据与立方尖晶石相NiCo2O4的标准卡片(JCPDS No.20-0781)一致,且没有出现其他杂质相,表明合成的为高纯度钴酸镍。
实施例4
将实施例1步骤(3)中的反应时间改为18h,步骤(4)改为300℃焙烧,其余反应条件与实施例1相同,得到的产物记作NiCo2O4NWs/NF-4。
将上述NiCo2O4NWs/NF-4进行表征,XRD图所对应的X-射线衍射数据与立方尖晶石相NiCo2O4的标准卡片(JCPDS No.20-0781)一致,且没有出现其他杂质相,表明合成的为高纯度钴酸镍。
实施例5
将实施例1步骤(3)中的反应时间改为24h,步骤(4)改为400℃焙烧3h,其余反应条件与实施例1相同,得到的产物记作NiCo2O4NWs/NF-5.
将上述NiCo2O4NWs/NF-5进行表征,XRD图所对应的X-射线衍射数据与立方尖晶石相NiCo2O4的标准卡片(JCPDS No.20-0781)一致,且没有出现其他杂质相,表明合成的为高纯度钴酸镍。
实施例6
将实施例1步骤(2)改为称取0.25mmol的Ni(NO3)2·6H2O、0.5mmol的Co(NO3)2·6H2O和3.75mmol的尿素溶于70ml甲醇中,超声处理1h;步骤(3)中的反应时间改为12h,其余反应条件与实施例1相同,得到的产物记作NiCo2O4NWs/NF-6。
将上述NiCo2O4NWs/NF-6进行表征,XRD图所对应的X-射线衍射数据与立方尖晶石相NiCo2O4的标准卡片(JCPDS No.20-0781)一致,且没有出现其他杂质相,表明合成的为高纯度钴酸镍。
实施例7
将实施例1步骤(2)改为称取0.5mmol的Ni(NO3)2·6H2O、1mmol的Co(NO3)2·6H2O和7.5mmol的尿素溶于70ml甲醇中,超声处理1.5h;步骤(3)中的反应时间改为12h,其余反应条件与实施例1相同,得到的产物记作NiCo2O4NWs/NF-7。
将上述NiCo2O4NWs/NF-7进行表征,XRD图所对应的X-射线衍射数据与立方尖晶石相NiCo2O4的标准卡片(JCPDS No.20-0781)一致,且没有出现其他杂质相,表明合成的为高纯度钴酸镍。
实施例8
将实施例1步骤(2)改为称取2mmol的Ni(NO3)2·6H2O、4mmol的Co(NO3)2·6H2O和30mmol的尿素溶于70ml甲醇中,超声处理2h;步骤(3)中的反应时间改为12h,其余反应条件与实施例1相同,得到的产物记作NiCo2O4NWs/NF-8。
将上述NiCo2O4NWs/NF-8进行表征,XRD图所对应的X-射线衍射数据与立方尖晶石相NiCo2O4的标准卡片(JCPDS No.20-0781)一致,且没有出现其他杂质相,表明合成的为高纯度钴酸镍。
实施例2-8中产物的其它理化性质如下:纳米墙由大小600-1000nm厚度15-25nm的超薄介孔NiCo2O4纳米片交错组装而成,其单个纳米片由10-25nm的近立方形粒子有序排列而成。
Claims (10)
1.一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙的制备方法,其特征在于,其具体操作步骤为:
(1)将泡沫镍依次用丙酮、浓度为1-4M的盐酸溶液、去离子水和乙醇各超声洗涤15-30min,然后60-80℃真空干燥2-12h;
(2)将可溶镍盐、可溶钴盐、尿素溶于甲醇中得到混合盐溶液,超声处理0.5-2h;然后倒入聚四氟乙烯衬里的高压釜中,将步骤(1)处理后的泡沫镍放入其中,110-130℃下反应2-24h,优选2-5h,反应结束后自然冷却至室温,将反应后的泡沫镍分别用乙醇和水超声洗涤,60-80℃真空干燥箱12h;
(3)将步骤(2)得到的产品置于空气气氛中,300-400℃焙烧2-3h,升温速率为1-2℃/min,即得泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)配制的混合盐溶液中镍离子和钴离子的摩尔比为1:4-1:1,优选1:2;镍离子和钴离子的摩尔之和与尿素的摩尔比为1:4-1:6,镍离子和钴离子的总浓度范围为0.011-0.086mol/L。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)配制的混合盐溶液中镍离子的摩尔浓度为1mmol/L。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述的可溶镍盐选自硝酸镍、硫酸镍、氯化镍;所述的可溶钴盐选自硝酸钴、硫酸钴、氯化钴。
5.根据权利要求1所述的方法制备得到的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙,其特征在于,其结构为在泡沫镍表面自然垂直生长粗糙的钴酸镍纳米墙,钴酸镍纳米墙为尖晶石立方相,其由大小为800-1300nm、厚度20-30nm的超薄介孔NiCo2O4纳米片交错组装而成,其单个NiCo2O4纳米片由20-30nm的近立方形粒子有序排列而成,粒子间具有10-20nm的介孔。
6.根据权利要求1所述的方法制备得到的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙作为碱性条件下直接醇类燃料电池电极材料的应用。
7.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,所述的直接醇类燃料电池电极为电池阳极。
8.根据权利要求6所述的应用,其特征在于,所述的醇类为甲醇。
9.根据权利要求1所述的方法制备得到的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙作为锂离子电池电极的应用。
10.根据权利要求1所述的方法制备得到的泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙作为超级电容器电极的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610494334.8A CN106129401B (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201610494334.8A CN106129401B (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙及其制备方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN106129401A true CN106129401A (zh) | 2016-11-16 |
CN106129401B CN106129401B (zh) | 2019-10-18 |
Family
ID=57284331
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201610494334.8A Active CN106129401B (zh) | 2016-06-29 | 2016-06-29 | 一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙及其制备方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN106129401B (zh) |
Cited By (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106966440A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-07-21 | 中国科学院上海高等研究院 | 二维多孔NiCo2O4及其制备方法及应用 |
CN107045947A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-08-15 | 武汉理工大学 | 一种铁镍二元氧化物‑泡沫镍复合电极材料及其制备方法 |
CN107732206A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-02-23 | 安徽工业大学 | 一种多级结构的双金属氧化物复合负极材料的制备方法 |
CN107785181A (zh) * | 2017-06-30 | 2018-03-09 | 江苏大学 | 一种超级电容器电极材料及其制备方法 |
CN107863539A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-03-30 | 天津大学 | 一种生物质碱性燃料电池阳极的制备方法 |
CN108380238A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-10 | 大连工业大学 | 一种用于硼氢化钠水解的钴酸镍催化剂及其制备方法 |
CN109243856A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-18 | 天津工业大学 | 一种铁钴镍氧化物/碳布复合柔性电极的制备方法 |
CN110112424A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-08-09 | 电子科技大学 | 一种乙醇燃料电池阳极及其制备方法 |
CN110189922A (zh) * | 2019-06-07 | 2019-08-30 | 北京化工大学 | 蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍及制备方法 |
CN110273145A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-09-24 | 安徽师范大学 | 一种纳米花状的Bi-Co-O纳米材料及其制备方法和应用 |
CN111029171A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-17 | 江苏理工学院 | 一种无粘结剂多孔ab2o4@m电极的制备方法 |
CN111593346A (zh) * | 2019-02-20 | 2020-08-28 | 天津理工大学 | 具有多级孔结构的无机超疏水抗冰结构及其制备方法和应用 |
CN113235125A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-10 | 上海大学 | 镍基NiCo2O4电催化剂及其在电催化甘油氧化中的应用 |
CN115083798A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-09-20 | 一汽奔腾轿车有限公司 | 多级纳米片阵列NiCo2O4/rGO/NF制备方法与作电极应用 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103824705A (zh) * | 2014-03-10 | 2014-05-28 | 东华大学 | 一种水系非对称超级电容器的制备方法 |
US20140206896A1 (en) * | 2012-07-26 | 2014-07-24 | Liquid Light, Inc. | Method and System for Production of Oxalic Acid and Oxalic Acid Reduction Products |
CN105374576A (zh) * | 2015-08-07 | 2016-03-02 | 北京石油化工学院 | 一种用于超级电容器电极材料的纳米钴酸镍的制备方法 |
CN105470002A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-04-06 | 渤海大学 | 一种钴酸镍多孔微米带/泡沫镍复合电极材料的制备方法 |
-
2016
- 2016-06-29 CN CN201610494334.8A patent/CN106129401B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20140206896A1 (en) * | 2012-07-26 | 2014-07-24 | Liquid Light, Inc. | Method and System for Production of Oxalic Acid and Oxalic Acid Reduction Products |
CN103824705A (zh) * | 2014-03-10 | 2014-05-28 | 东华大学 | 一种水系非对称超级电容器的制备方法 |
CN105374576A (zh) * | 2015-08-07 | 2016-03-02 | 北京石油化工学院 | 一种用于超级电容器电极材料的纳米钴酸镍的制备方法 |
CN105470002A (zh) * | 2015-11-27 | 2016-04-06 | 渤海大学 | 一种钴酸镍多孔微米带/泡沫镍复合电极材料的制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
WEI WANG ET AL: "Nickel foam supported mesoporous NiCo2O4 arrays with excellent methanol electro-oxidationperformance", 《NEW J.CHEW》 * |
Cited By (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106966440A (zh) * | 2017-04-01 | 2017-07-21 | 中国科学院上海高等研究院 | 二维多孔NiCo2O4及其制备方法及应用 |
CN107045947A (zh) * | 2017-04-14 | 2017-08-15 | 武汉理工大学 | 一种铁镍二元氧化物‑泡沫镍复合电极材料及其制备方法 |
CN107785181A (zh) * | 2017-06-30 | 2018-03-09 | 江苏大学 | 一种超级电容器电极材料及其制备方法 |
CN107785181B (zh) * | 2017-06-30 | 2020-11-03 | 江苏大学 | 一种超级电容器电极材料及其制备方法 |
CN107863539B (zh) * | 2017-10-12 | 2020-04-07 | 天津大学 | 一种生物质碱性燃料电池阳极的制备方法 |
CN107863539A (zh) * | 2017-10-12 | 2018-03-30 | 天津大学 | 一种生物质碱性燃料电池阳极的制备方法 |
CN107732206A (zh) * | 2017-10-18 | 2018-02-23 | 安徽工业大学 | 一种多级结构的双金属氧化物复合负极材料的制备方法 |
CN108380238A (zh) * | 2018-02-07 | 2018-08-10 | 大连工业大学 | 一种用于硼氢化钠水解的钴酸镍催化剂及其制备方法 |
CN109243856A (zh) * | 2018-11-09 | 2019-01-18 | 天津工业大学 | 一种铁钴镍氧化物/碳布复合柔性电极的制备方法 |
CN111593346A (zh) * | 2019-02-20 | 2020-08-28 | 天津理工大学 | 具有多级孔结构的无机超疏水抗冰结构及其制备方法和应用 |
CN111593346B (zh) * | 2019-02-20 | 2022-10-18 | 天津理工大学 | 具有多级孔结构的无机超疏水抗冰结构及其制备方法和应用 |
CN110112424A (zh) * | 2019-04-18 | 2019-08-09 | 电子科技大学 | 一种乙醇燃料电池阳极及其制备方法 |
CN110112424B (zh) * | 2019-04-18 | 2022-05-03 | 电子科技大学 | 一种乙醇燃料电池阳极及其制备方法 |
CN110189922A (zh) * | 2019-06-07 | 2019-08-30 | 北京化工大学 | 蜂巢状纳米片阵列钴酸镍/rGO/泡沫镍及制备方法 |
CN110273145A (zh) * | 2019-07-03 | 2019-09-24 | 安徽师范大学 | 一种纳米花状的Bi-Co-O纳米材料及其制备方法和应用 |
CN110273145B (zh) * | 2019-07-03 | 2021-07-30 | 安徽师范大学 | 一种纳米花状的Bi-Co-O纳米材料及其制备方法和应用 |
CN111029171A (zh) * | 2019-12-24 | 2020-04-17 | 江苏理工学院 | 一种无粘结剂多孔ab2o4@m电极的制备方法 |
CN113235125A (zh) * | 2021-05-18 | 2021-08-10 | 上海大学 | 镍基NiCo2O4电催化剂及其在电催化甘油氧化中的应用 |
CN115083798A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-09-20 | 一汽奔腾轿车有限公司 | 多级纳米片阵列NiCo2O4/rGO/NF制备方法与作电极应用 |
WO2023207813A1 (zh) * | 2022-04-29 | 2023-11-02 | 一汽奔腾轿车有限公司 | 多级纳米片阵列NiCo2O4/rGO/NF制备方法与作电极应用 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN106129401B (zh) | 2019-10-18 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106129401B (zh) | 一种泡沫镍负载高表面粗糙度钴酸镍纳米墙及其制备方法 | |
Lu et al. | Facile synthesis of a bismuth nanostructure with enhanced selectivity for electrochemical conversion of CO 2 to formate | |
CN107502919B (zh) | 一种用于氢析出反应的硫掺杂磷化镍催化剂及其制备方法 | |
CN108923051A (zh) | 一种封装金属钴纳米颗粒的氮掺杂碳纳米管复合型催化剂及其应用 | |
CN110380062A (zh) | 基于zif-67和导电石墨烯的硫掺杂的双功能氧催化剂的制备方法 | |
CN108315760A (zh) | 一种金属有机框架/泡沫镍电极材料及其制备方法和应用 | |
CN109256567A (zh) | 一种过渡金属/氮掺杂竹节状碳纳米管的制备方法 | |
Zeng et al. | Iron and nickel co-doped cobalt hydroxide nanosheets with enhanced activity for oxygen evolution reaction | |
CN110142058A (zh) | 一种F127诱导的三维多孔FeNi-NC双功能电催化剂及其制备方法 | |
CN110639534A (zh) | 一种析氧电催化材料及其制备方法和应用 | |
CN110975937A (zh) | 一种金属有机框架化合物电催化剂的制备方法和应用 | |
CN105858815A (zh) | 核壳结构NiCo2S4 @NiCo2O4纳米针复合催化电极的制备方法 | |
Cai et al. | Heptanuclear Co, Ni and mixed Co-Ni clusters as high-performance water oxidation electrocatalysts | |
Tang et al. | Boosting the electrochemical energy storage and conversion performance by structural distortion in metal–organic frameworks | |
CN114059082B (zh) | 一种N,P共掺杂NF@NiMoO4中空纳米线复合材料及其制备方法和应用 | |
CN111995760A (zh) | 一种钴-金属有机框架纳米片及其制备方法和应用 | |
CN113422070B (zh) | 基于铁基多巴胺超分子修饰的氢氧化铜二维纳米复合材料的制备方法 | |
CN114477163A (zh) | 铁/氮共掺杂单原子碳催化剂及其制备方法 | |
Sun et al. | A 3D porous Ni-CeO 2 nanosheet array as a highly efficient Electrocatalyst toward alkaline hydrogen evolution | |
CN112962107A (zh) | 一种平方米级、高活性、高稳定性的镍电极、制备方法及其应用 | |
CN114232008B (zh) | 一种钪掺杂氢氧化钴电催化析氧材料及其制备方法和应用 | |
Li et al. | Walnut-like β-Ni (OH) 2/polypyrrole microsphere with enhanced performance for the oxygen evolution reaction | |
CN112259750B (zh) | 一种聚离子液体功能化的钴氮负载泡沫镍复合材料的制备方法和应用 | |
CN114093678A (zh) | 一种过渡金属磷化物纳米片电极材料的制备方法 | |
CN112151818A (zh) | 一种碱性体系直接甲醇燃料电池阳极催化剂及其制备方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |