CN106637286B - 负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途 - Google Patents

负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途 Download PDF

Info

Publication number
CN106637286B
CN106637286B CN201611193407.6A CN201611193407A CN106637286B CN 106637286 B CN106637286 B CN 106637286B CN 201611193407 A CN201611193407 A CN 201611193407A CN 106637286 B CN106637286 B CN 106637286B
Authority
CN
China
Prior art keywords
niooh
preparation
nickel foam
nickel
electrode material
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201611193407.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106637286A (zh
Inventor
田洋
张琼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Capital Normal University
Original Assignee
Capital Normal University
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Capital Normal University filed Critical Capital Normal University
Priority to CN201611193407.6A priority Critical patent/CN106637286B/zh
Publication of CN106637286A publication Critical patent/CN106637286A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106637286B publication Critical patent/CN106637286B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/02—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition
    • C23C18/12—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material
    • C23C18/1204—Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by thermal decomposition characterised by the deposition of inorganic material other than metallic material inorganic material, e.g. non-oxide and non-metallic such as sulfides, nitrides based compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • 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
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)

Abstract

本发明公开了一种负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途。根据本发明的所述泡沫镍上负载竖直排列的α‑NiOOH纳米片的电极材料具有大的比表面积，电化学性能稳定，在电解水方面效率更高。根据本发明的所述电极材料的制备方法工艺简单，对环境友好，反应条件温和可控，适合大规模工业化生产。

Description

负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及电极材料的制备领域，具体而言，涉及一种负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途。
背景技术
面对日益严峻的环境问题和能源危机，探索可替代的能源存储和转换系统是解决这些问题的关键。氢能源由于其燃烧时理想的发热值和绿色的燃烧产物被认为是一种清洁、高效、可再生的理想能源，电解水制氢是实现工业化廉价制备氢气的重要手段。
电解水过程由两个半反应组成：析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。析氢反应可以在相对低的超电势(η)下完成，而析氧反应过程在动力学的要求下则需要更高的超电势，因为O-H键断裂和随后的O-O键形成需要达到高的能量势垒。因此，制备高效稳定的OER电催化剂就显得尤为重要。目前商用的析氧催化剂主要为IrO2和RuO2等贵金属，其高昂的价格和稀有的储量制约了这一过程的发展，寻找价格低廉和储量丰富的非贵金属催化剂成为近年来研究的热点。
Ni基纳米材料(例如NiSe，NiS，NiO等)是用于析氧反应的最有潜力的电催化剂之一，在它们的电催化过程中，NiOOH通常被认为在碱性电解质溶液中作为活性物质而起关键作用。在自然界中，NiOOH具有层状结构并且以三种形式存在：α-NiOOH(斜方晶)，β-NiOOH(六方晶)和γ-NiOOH(六方晶)。到目前为止，一系列的研究工作主要集中在第一列过渡金属氧化物和氢氧化物、钙钛矿和硫族化物等，在这些过渡金属催化剂中，Ni基化合物已被证明是用于碱性电解质OER的最好的电催化剂。众所周知，镍(氧)氢氧化物(NiOOH)是Ni(OH)2的氧化或充电状态，许多研究报道，NiOOH中加入Fe具有很好的OER活性，但是，很少有报道研究纯NiOOH的OER活性，这对研究Ni在碱性溶液中的催化机理有很好的指导作用。此外，泡沫镍具有三维立体网状结构，使用它作为基底可以增加电化学过程中的电荷转移速率，基底与材料之间化学键的连接方式使得样品的稳定性显著提高。因此，仍然有需要寻找一种制备方法工艺简单，对环境友好，反应条件温和可控的制备方法，制备一种具有低超电势高稳定性的电解水镍基OER催化剂材料。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)泡沫镍的预处理：在室温下，将泡沫镍在3.0M HCl溶液中超声15min，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗2至3次，备用。
2)镍(Ⅱ)溶液的制备：将NiCl2·6H2O固体溶解于去离子水中，至Ni2+浓度为5mmol/L至50mmol/L，优选为10mmol/L至40mmol/L，更优选为25mmol/L。
3)丁二酮肟醇溶液的制备：称取丁二酮肟固体溶解于无水乙醇中，至丁二酮肟浓度为5mmol/L至100mmol/L，优选为20mmol/L至80mmol/L，更优选为50mmol/L。
4)将步骤2)和3)中制备的镍溶液和丁二酮肟醇溶液加入反应釜的聚四氟乙烯内衬中，搅拌10min后，将预处理过的泡沫镍竖直浸入其中，预处理泡沫镍完全浸入溶液中，拧紧釜盖，将反应釜放入到200℃的电热鼓风干燥箱中，并保持4至10h，优选为4至8h，更优选为6h。
5)取出反应釜自然冷却到室温状态，倾倒掉上清液，用去离子水清洗掉表面沉淀物，得到长满竖直排列Ni2Cl(OH)3纳米片的泡沫镍。
6)将得到的泡沫镍用去离子水清洗掉表面沉淀物后，放入120至150℃的电热鼓风干燥箱中，并保持8至12h，得到在泡沫镍上竖直排列的α-NiOOH纳米片。
优选地，在步骤4)中所述镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比为1:0.5至1:8，优选为1:1至1:4，更优选为1:1.5至1:3，最优选为1:2。
优选地，根据本发明的所述制备方法不使用有机溶剂或催化剂。
本发明的另一个目的在于提供一种电极材料，所述电极材料由上述制备方法制备，其中在泡沫镍上负载有竖直排列的α-NiOOH纳米片，所述α-NiOOH纳米片长约0.5至1.5μm，宽度约为10-30nm，高度约为50-100nm。所述α-NiOOH纳米片在泡沫镍表面上竖直排列，有效地增加了比表面积。
本发明的另一个目的在于提供所述泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片的电极材料在电解水方面的用途。
有益效果
根据本发明的所述泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片的电极材料具有大的比表面积，电化学性能稳定，在电解水方面效率更高。根据本发明的所述电极材料的制备方法工艺简单，对环境友好，反应条件温和可控，适合大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1中步骤5)得到的泡沫镍上的Ni2Cl(OH)3(曲线a)和步骤6)得到的α-NiOOH(曲线b)样品的XRD图。
图2为实施例1中步骤5)得到的泡沫镍上的Ni2Cl(OH)3的不同放大倍数的SEM图(图a和图b)和EDX谱图(c)；以及步骤6)得到的α-NiOOH的不同放大倍数的SEM图(图d和图e)和EDX谱图(f)。
图3为实施例1中步骤6)中得到的α-NiOOH纳米片的TEM图像(a)，HRTEM图像(b)和SAED图像(c)。
图4为实施例1中步骤6)中得到的α-NiOOH纳米片的XPS图谱，其中包括全谱(a)，Ni谱(b)，O谱(c)；以及α-NiOOH和泡沫镍基底(NF)的Raman图谱(d)。
图5a至f为实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF、实施例1步骤5)中得到的Ni2Cl(OH)3/NF、对比实施例2的Ni/NF、对比实施例1的NiO/NF和NF(泡沫镍载体)的LSV曲线，塔菲尔曲线，阻抗谱，循环伏安曲线，电流密度-扫速图，以及电流-时间图。
图6为1.50V(相对于标准氢电极)下气体量的理论值与测量值随时间变化曲线。
图7为对比实施例1制备的泡沫镍负载NiO的扫描电镜(SEM)照片。
图8为对比实施例1制备的泡沫镍负载NiO的XRD谱图。
图9为对比实施例2制备的样品的扫描电镜(SEM)照片。
图10为根据对比实施例3制备的样品的扫描电镜(SEM)照片。
图11为根据对比实施例4制备的样品的扫描电镜(SEM)照片。
图12为根据对比实施例5制备的样品的扫描电镜(SEM)照片。
具体实施方式
在根据本发明的制备方法中镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比为1:0.5至1:8，优选为1:1至1:4，更优选为1:1.5至1:3，最优选为1:2。当镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比大于1:0.5时，即二价镍过量，则在泡沫镍表面更易形成纳米盘状镍，且无规则的堆叠在一起覆盖在泡沫镍表面；而当镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比小于1:8时，即二价镍不足，则很难形成规则的镍纳米片。考虑到基材泡沫镍的性质，优选镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比为为1:1.5至1:3，最优选为1:2。
以下，将详细地描述本发明。在进行描述之前，应当理解的是，在本说明书和所附的权利要求书中使用的术语不应解释为限制于一般含义和字典含义，而应当在允许发明人适当定义术语以进行最佳解释的原则的基础上，根据与本发明的技术方面相应的含义和概念进行解释。因此，这里提出的描述仅仅是出于举例说明目的的优选实例，并非意图限制本发明的范围，从而应当理解的是，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以由其获得其他等价方式或改进方式。
在下文中，将参照附图详细地描述本公开的优选的实施方式。在描述之前，应当了解在说明书和所附权利要求中使用的术语，并不应解释为局限于一般及辞典意义，而是应当基于允许发明人为最好的解释而适当定义术语的原则，基于对应于本发明技术层面的意义及概念进行解释。因此，在此的描述仅为说明目的的优选实例，而并非是意指限制本发明的范围，因而应当了解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以做出其他等同实施和修改。除非特别声明，以下实施例中采用的试剂和仪器均为市售可得产品。
实施例1：泡沫镍负载的α-NiOOH纳米片的制备
1)泡沫镍的预处理：在室温下，将1cm×3cm的泡沫镍在3.0M HCl溶液中超声15min，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗数次，放置在空气中备用。
2)镍(Ⅱ)溶液的制备：称取0.5mmol的NiCl2·6H2O固体，溶解于20mL去离子水中。
3)丁二酮肟醇溶液的制备：称取1mmol丁二酮肟固体，溶解于20mL无水乙醇中。
4)依次取上述步骤2)和3)中溶液各8mL加入反应釜的聚四氟乙烯内衬中，搅拌10min后，将预处理过的泡沫镍竖直浸入其中，拧紧釜盖，将反应釜放入到200℃的电热鼓风干燥箱中，并保持6h。
5)取出反应釜自然冷却到室温状态，倾倒掉上清液，用去离子水清洗掉表面沉淀物，得到长满竖直排列Ni2Cl(OH)3纳米片的泡沫镍。
6)将步骤5)中得到的产物放入150℃的电热鼓风干燥箱中，并保持12h，得到竖直排列的α-NiOOH纳米片。
图1为步骤5)中得到的泡沫镍上的Ni2Cl(OH)3(曲线a)和步骤6)中得到的α-NiOOH(曲线b)样品的XRD图。
图2为步骤5)中得到的泡沫镍上的Ni2Cl(OH)3的不同放大倍数的SEM图(图a和图b)和EDX谱图(c)；以及步骤6)中得到的α-NiOOH的不同放大倍数的SEM图(图d和图e)和EDX谱图(f)。
从图1和图2中可以看出泡沫镍表面形成的Ni2Cl(OH)3和α-NiOOH都很好的晶化，其中α-NiOOH为斜方晶型。含Ni纳米片在泡沫镍表面均匀形成，所述α-NiOOH纳米片长约0.5至1.5μm，宽度约为10-30nm，高度约为50-100nm。所述α-NiOOH纳米片在泡沫镍表面上竖直排列，有效地增加了比表面积。
图3为步骤6)中得到的α-NiOOH纳米片的TEM图像(a)，HRTEM图像(b)和SAED图像(c)。从图中也可以看出形成的α-NiOOH纳米片为纳米薄片，长约为100至400nm，宽约100-300nm。
图4为步骤6)中得到的α-NiOOH纳米片的XPS图谱，其中包括全谱(a)，Ni谱(b)，O谱(c)；以及α-NiOOH和泡沫镍基底(NF)的Raman图谱(d)。从图4a中可以看出，所述样品的表面的主要元素为Ni元素和O元素，图4b中Ni元素的2p3/2(855.1和855.9eV)和2p1/2(872.6和873.7eV)的轨道结合能数值经与文献比对分别对应于Ni2+和Ni3+的存在，图4c中O元素的轨道结合能(530.4eV)则说明了Ni-O键的存在，图4d所述样品中461cm-1和533cm-1处的峰表示Ni-O键的存在，3595cm-1处的峰表示所述样品中OH-和水分子之间相互作用的H键。
对比实施例1：不同的干燥温度
除了在步骤6)中将步骤5)中得到的产物放入升温速率为1℃每分钟350℃的马弗炉中煅烧2小时以外，按照实施例1相同的方法制备泡沫镍负载Ni的产品(NiO/NF)。
图7为本实施例制备的泡沫镍负载NiO的扫描电镜(SEM)照片。图8为本实施例制备的泡沫镍负载NiO的XRD谱图。从中可以看出，虽然在泡沫镍(NF)表面也形成纳米片，但该纳米片为NiO，而非α-NiOOH，并且得到的纳米片的形貌不规整，表面有塌陷，在作为电极使用时效率非常低。
对比实施例2：不加镍(Ⅱ)溶液前驱体
1)泡沫镍的预处理：在室温下，将1cm×3cm的泡沫镍在3.0M HCl溶液中超声15min，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗数次，放置在空气中备用。
2)丁二酮肟醇溶液的制备：称取1mmol丁二酮肟固体，溶解于20mL无水乙醇中。
3)取上述步骤2)中溶液8mL加入反应釜的聚四氟乙烯内衬中，搅拌10min后，将预处理过的泡沫镍竖直浸入其中，拧紧釜盖，将反应釜放入到200℃的电热鼓风干燥箱中，并保持12h。
图9为根据对比实施例2制备的样品的扫描电镜(SEM)照片，其中可以看出形成了大量Ni纳米微球，而不是纳米片结构。
对比实施例3：不加丁二酮肟
除了不入加丁二酮肟以外，按照实施例1相同的方法制备泡沫镍负载型电极材料。
图10为根据对比实施例3制备的样品的扫描电镜(SEM)照片，其中可以看出在未添加丁二酮肟的情况下，无法形成纳米片结构。
对比实施例4：EDTA代替丁二酮肟
除了用EDTA(乙二胺四乙酸)代替丁二酮肟以外，按照实施例1相同的方法制备泡沫镍负载型电极材料。
图11为根据对比实施例4制备的样品的扫描电镜(SEM)照片，其中可以看出用EDTA代替丁二酮肟的情况下，无法形成纳米片结构。
对比实施例5：乙二胺代替丁二酮肟
除了用乙二胺代替丁二酮肟以外，按照实施例1相同的方法制备泡沫镍负载型电极材料。
图12为根据对比实施例5制备的样品的扫描电镜(SEM)照片，其中可以看出用乙二胺代替丁二酮肟的情况下，无法形成纳米片结构。
实验实施例1
采用北京华科普天科技有限公司的电化学工作站(CHI 660D)测量样品的各种电学性质。在三电极体系中，将所制备样品作为工作电极分别进行析氧反应的线性扫描伏安测量、塔菲尔曲线测量、阻抗谱测量、活性面积测量及稳定性测量。
使用三电极体系进行电化学测试，其中所制备的样品作为工作电极，Hg/HgO作为参比电极，Pt片作为对电极，电解质溶液为1.0M氢氧化钾(pH＝13.6)。
根据能斯特方程：ERHE＝EHg/HgO+0.098+0.059×pH(25℃时汞/氧化汞电极标准电位：0.098V)ERHE＝EHg/HgO+0.098+0.059×13.6＝EHg/HgO+0.9004
线性扫描伏安法(LSV)是指施加在工作电极上的电势是时间的线性函数，测量电流密度随电势(也即随时间)的变化，从而在三电极体系中研究工作电极的性质。
线性扫描伏安法参数：
初始电位(V)：0
终止电位(V)：0.9
扫描速度(V s-1)：0.002
采样间隔(V)：0.001
静置时间(s)：2
灵敏度(A/V)：0.1
图5a为实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF、实施例1步骤5)中得到的Ni2Cl(OH)3/NF、对比实施例2的Ni/NF、对比实施例1的NiO/NF和NF(泡沫镍载体)的LSV曲线；图5b为实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF、实施例1步骤5)中得到的Ni2Cl(OH)3/NF、对比实施例2的Ni/NF、对比实施例1的NiO/NF和NF(泡沫镍载体)的塔菲尔曲线；图5c为实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF、实施例1步骤5)中得到的Ni2Cl(OH)3/NF、对比实施例2的Ni/NF、对比实施例1的NiO/NF和NF(泡沫镍载体)电极在1.50V(相对于标准氢电极)电压下，从106到0.01Hz频率范围的阻抗谱；图5d为在非法拉第效应区域(1.0-1.1V vs.标准氢电极)，不同扫速下(10到100mV s-1)实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF的循环伏安曲线；图5e为1.05V(vs.标准氢电极)电压下，实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF的电流密度-扫速图；图5f为1.52V(vs.标准氢电极)电压下，实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF的电流-时间图。从图中可以读出实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF样品在10mA/cm2处的过电势为266mV，而对比样品Ni2Cl(OH)3/NF在10mA/cm2处的过电势为325mV，NiO/NF在10mA/cm2处的过电势为326mV，Ni/NF在10mA/cm2处的过电势为359mV；此外，与对照样品相比，所述样品α-NiOOH/NF的电流密度在1.50V之后迅速增大，展现了很好的电化学OER活性。
塔菲尔曲线是指符合Tafel关系的曲线，一般指极化曲线中强极化区的一段，通过斜率的大小可以反映出电化学过程中的反应动力学活性，斜率越小，反应动力学活性越高。
塔菲尔曲线是根据线性扫描极化曲线推断而来，其中横坐标为log(j)(毫安/平方厘米)，纵坐标为电位(伏)。从图5中可以看出实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF样品的塔费尔斜率为76.3mV dec-1，明显低于对比样品Ni2Cl(OH)3/NF(154.2mV dec-1)，Ni/NF(113.1mV dec-1)，NiO/NF(106.6mV dec-1)和NF(142mV dec-1)。
电化学阻抗谱是用来进一步研究析氧反应的动力学催化活性的方法之一。可以从电化学阻抗谱中得到溶液阻抗和反应过程中的电荷转移电阻。
交流阻抗法参数：
初始电平(伏)：0.6
高频(赫兹)：1000000
低频(赫兹)：0.01
振幅(伏)：0.005
静置时间(秒)：2
从图5c中可以看出在1.50V(相对于标准氢电极)电压下，所有样品的溶液电阻电解液电阻均小于1.19Ω，α-NiOOH/NF的电荷转移电阻为1.60Ω，而Ni2Cl(OH)3/NF(19.66Ω)，Ni/NF(24.72Ω),NiO/NF(37.08Ω)泡沫镍(42.12Ω)。较低的电荷转移电阻值表明α-NiOOH/NF在电化学反应中具有快速的电荷转移能力。
活性面积的测量是在非法拉第效应区域(相对于标准氢电极1.0-1.1V)，测量不同扫速下的循环伏安曲线获得，用以表征材料上活性位点数目的多少。循环伏安法参数:
初始电位(伏)：0.1
高电位(伏)：0.2
低电位(伏)：0.1
终止电位(伏)：0
扫描速度(伏/秒)：0.010,0.020,0.040,0.060,0.080,0.100
扫描段数：6
采样间隔(伏)：0.001
静置时间(秒)：2
灵敏度(安/伏)：0.1
分别测量0.010、0.020、0.040、0.060、0.080、0.100伏/秒扫速下的循环伏安曲线，选取1.05V(相对于标准氢电极)下的电流密度，作电流密度-扫速图，直线斜率的一半极为活性面积值，2340μFcm-2。
稳定性曲线是利用电流-时间法在1.52V(相对于标准氢电极)电压下，连续测量24小时获得，用来表征材料的稳定性。
电流-时间曲线参数：
初始电位(伏)：0.62
采样间隔(秒)：0.1
实验时间(秒)：86400
静置时间(秒)：0
灵敏度(安/伏)：0.1
从图5f中可以看出，在持续的电化学测量期间，样品α-NiOOH/NF表现出了很好的稳定性。
在三电极体系中，将所制备样品分别作为阴、阳极进行电解水过程中法拉第效率的测试。
使用三电极体系进行电解水过程中法拉第效率的测试中，工作电极和对电极均为实施例1步骤6)中得到的α-NiOOH/NF样品，参比电极为Hg/HgO电极，在1.50V(相对于标准氢电极)电压下电解水6小时，并收集前两小时的气体(用1mL的进样针每隔20分钟取一次气)，做出附有理论值和实验值的产气量-时间图。
气相色谱型号GC 2060，上海锐敏仪器有限公司，实验参数：
柱温：40℃
检测器：120℃
进样器：110℃
柱前压：0.06MPa
载气流量10mL/min
1mL进样
图6为1.50V(相对于标准氢电极)下气体量的理论值与测量值随时间变化曲线。从图中可以看出随着时间的变化，实际产气量和理论值能够很好的吻合，表明了电解水过程中的法拉第效率几乎能达到100％，且产生的氧气和氢气的摩尔比为1:2。

Claims (14)

1.一种在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
1)泡沫镍的预处理：在室温下，将泡沫镍在3.0M HCl溶液中超声15min，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗2至3次，备用；
2)镍(Ⅱ)溶液的制备：将NiCl2·6H2O固体溶解于去离子水中，至Ni2+浓度为5mmol/L至50mmol/L；
3)丁二酮肟醇溶液的制备：称取丁二酮肟固体溶解于无水乙醇中，至丁二酮肟浓度为5mmol/L至100mmol/L；
4)将步骤2)和3)中制备的镍溶液和丁二酮肟醇溶液加入反应釜的聚四氟乙烯内衬中，搅拌10min后，将预处理过的泡沫镍竖直浸入其中，预处理泡沫镍完全浸入溶液中，拧紧釜盖，将反应釜放入到200℃的电热鼓风干燥箱中，并保持4至10h；
5)取出反应釜自然冷却到室温状态，倾倒掉上清液，用去离子水清洗掉表面沉淀物，得到长满竖直排列Ni2Cl(OH)3纳米片的泡沫镍；
6)将得到的泡沫镍用去离子水清洗掉表面沉淀物后，放入120至150℃的电热鼓风干燥箱中，并保持8至12h，得到在泡沫镍上竖直排列的α-NiOOH纳米片。
2.根据权利要求1所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤2)中所述Ni2+浓度为10mmol/L至40mmol/L。
3.根据权利要求1所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤2)中所述Ni2+浓度为25mmol/L。
4.根据权利要求1所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤3)中所述丁二酮肟醇浓度为20mmol/L至80mmol/L。
5.根据权利要求1所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤3)中所述丁二酮肟醇浓度为50mmol/L。
6.根据权利要求1所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤4)中所述保持时间为4至8h。
7.根据权利要求6所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤4)中所述保持时间为6h。
8.根据权利要求1所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤4)中所述镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比为1:0.5至1:8。
9.根据权利要求8所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤4)中所述镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比为1:1至1:4。
10.根据权利要求9所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤4)中所述镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比为1:1.5至1:3。
11.根据权利要求10所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，在步骤4)中所述镍(Ⅱ)与丁二酮肟的摩尔比为1:2。
12.根据权利要求1至11任意一项所述的在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法不使用有机溶剂或催化剂。
13.一种电极材料，所述电极材料由根据权利要求1至11任意一项所述的制备方法制备，其中在泡沫镍上负载α-NiOOH纳米片，所述α-NiOOH纳米片长0.5至1.5μm，宽度为10-30nm，高度为50-100nm，并且所述α-NiOOH纳米片在泡沫镍表面上竖直排列。
14.根据权利要求12所述的电极材料在电解水方面的用途。
CN201611193407.6A 2016-12-21 2016-12-21 负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途 Expired - Fee Related CN106637286B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611193407.6A CN106637286B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611193407.6A CN106637286B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106637286A CN106637286A (zh) 2017-05-10
CN106637286B true CN106637286B (zh) 2018-07-31

Family

ID=58833814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611193407.6A Expired - Fee Related CN106637286B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106637286B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110327930B (zh) * 2019-06-20 2022-02-18 武汉理工大学 低结晶分级羟基氧化镍纳米片阵列及其制备方法和应用
CN115992362B (zh) * 2023-03-24 2023-06-23 北京科技大学 一种镍电极及其制备方法和一种电化学电池
CN116445971B (zh) * 2023-04-28 2023-11-07 洛阳理工学院 一种泡沫镍上自衍生含有活性镍和氢氧化镍纳米棒的制备方法和应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4370395A (en) * 1980-06-04 1983-01-25 Union Carbide Corporation Alkaline cell
US6811911B1 (en) * 1998-02-24 2004-11-02 Tel Aviv University Future Technology Development L.P. Ion conductive matrixes and their use
JP2005050580A (ja) * 2003-07-30 2005-02-24 Sanyo Electric Co Ltd アルカリ蓄電池およびその製造方法
CA2941443A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-11 Brilliant Light Power, Inc. Photovoltaic power generation systems and methods regarding same
CN105688913A (zh) * 2016-01-05 2016-06-22 首都师范大学 水氧化反应电化学催化剂及制备方法与应用
CN105734600A (zh) * 2016-03-19 2016-07-06 复旦大学 一种三电极体系双电解槽两步法电解水制氢的装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0229079D0 (en) * 2002-12-12 2003-01-15 Univ Southampton Electrochemical cell for use in portable electronic devices

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4370395A (en) * 1980-06-04 1983-01-25 Union Carbide Corporation Alkaline cell
US6811911B1 (en) * 1998-02-24 2004-11-02 Tel Aviv University Future Technology Development L.P. Ion conductive matrixes and their use
JP2005050580A (ja) * 2003-07-30 2005-02-24 Sanyo Electric Co Ltd アルカリ蓄電池およびその製造方法
CA2941443A1 (en) * 2014-03-03 2015-09-11 Brilliant Light Power, Inc. Photovoltaic power generation systems and methods regarding same
CN105688913A (zh) * 2016-01-05 2016-06-22 首都师范大学 水氧化反应电化学催化剂及制备方法与应用
CN105734600A (zh) * 2016-03-19 2016-07-06 复旦大学 一种三电极体系双电解槽两步法电解水制氢的装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106637286A (zh) 2017-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109234755B (zh) 一种层状双金属氢氧化物复合结构电催化剂及制备方法
Shabangoli et al. An integrated electrochemical device based on earth-abundant metals for both energy storage and conversion
Li et al. Identifying the forefront of electrocatalytic oxygen evolution reaction: Electronic double layer
Csernica et al. Electrochemical hydrogen evolution at ordered Mo7Ni7
CN108411324A (zh) 一种硫氮共掺杂石墨烯负载硫化钴镍催化材料及制备与应用
CN109252180A (zh) 一种三元mof纳米片阵列材料、制备方法及其应用
CN106006599B (zh) 一种高s含量的p，s，n共掺杂的介孔碳材料的合成方法及其应用
Iqbal et al. Insights into rechargeable Zn-air batteries for future advancements in energy storing technology
Cosentino et al. High intrinsic activity of the oxygen evolution reaction in low-cost NiO nanowall electrocatalysts
CN107088432B (zh) 一种二维Ru掺杂Ni2P盘状纳米薄片及其制备方法和应用
CN108579751A (zh) 一种层状钙钛矿氧化物、制备方法及其在析氧反应电催化中的用途
CN106637286B (zh) 负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途
CN106757143A (zh) 一种水分解反应用催化电极及其制备方法
CN108893756B (zh) 一种Ni3N NSs/NF纳米球的合成方法及其应用
CN110223847A (zh) 一种超级电容器电极材料及制备方法
CN109023417A (zh) 碳化铁-钴/氮掺杂碳纳米复合材料的制备方法及应用
CN110093626A (zh) 一种Ni3Se4/NiO异质结复合材料的制备方法及应用
CN109759120A (zh) 一种氮、镍共掺杂硒化钴超薄纳米片及其制备方法和应用
CN107863538A (zh) 一种用于乙醇催化的电极及其应用
Javan et al. A low-cost platinum-free electrocatalyst based on carbon quantum dots decorated Ni–Cu hierarchical nanocomposites for hydrogen evolution reaction
Tian et al. A trifunctional Co 0.85 Se/NC collaborated electrocatalyst enables a self-powered energy system for uninterrupted H 2 production
Sreekanth et al. Thorn-shaped NiCo2O4 nanoparticles as multi-functional electrocatalysts for electrochemical applications
Zeng et al. Effect of PEG on performance of NiMnO catalyst for hydrogen evolution reaction
Wang et al. Synchronous Electrocatalytic Design of Architectural and Electronic Structure Based on Bifunctional LDH‐Co3O4/NF toward Water Splitting
CN105206845B (zh) 一步法合成具有优异orr和锂电性能的s,n协同作用的介孔碳材料方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 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
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20180731

Termination date: 20211221

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee