CN108283929A - 一种钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法 - Google Patents

一种钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法，取六水合氯化钴、氯化钒和六亚甲基四胺同时加入去离子水中得溶液A；将溶液A倒入反应内衬后密封，继而将内衬装于外釜中置于均相反应仪中在反应；反应结束，将反应釜自然冷却到室温，将反应后的产物经过水和醇交替清洗后收集产物并真空干燥得到CoV‑LDH纳米片。本发明采用一步水热法合成温度低，产率高，无需后期处理，对环境友好；制备的CoV‑LDH为二维纳米片有利于离子的自由进出，有利于电解液与CoV‑LDH纳米片的充分接触，能够暴露较多的活性位点，继而能够提高其电化学性能且产物化学组成均一，纯度高，形貌均匀，作为电解水电极材料时能够表现出优异的电化学性能，在10mA/cm2的电流密度下，其过电势约为280mV。

Description

一种钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备 方法
技术领域
本发明属电催化剂技术领域，具体涉及一种钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法。
背景技术
氢能是一种清洁、高效、无污染的能源，且因其能量密度高而被广泛用作能量载体。将水分解成氢气和氧气被认为是产生氢气最有前景的策略之一。电化学析氧反应(OER)是水分解的效率决定过程。OER是一个多步，四电子、动力学反应缓慢且需要一个较高的超电势的过程。设计高效的OER催化剂可以提高反应动力学，降低过电压。贵金属氧化物(IrO2和RuO2)被认为是最有效的水分解OER催化剂，但它们稀缺且昂贵。最近，层状双氢氧化物(LDHs)因其独特的二维层状结构而被广泛研究，并表现出较高的OER催化活性。LDHs是层状离子晶体，具有带正电的水镁石状主体层和含有阴离子电荷补偿和溶剂分子的层间区域。
目前，LDHs通常是通过共沉淀法、溶胶-凝胶法、水热法、电沉积法和离子交换法等传统方法制备。国内外已有报道的层状双金属氢氧化物，Nickel cobalt hydroxidenanoflakes as catalysts for the hydrogen evolution reaction.Stève Baranto等人采用油包水型微乳液在碳基体上合成了一种NiCo氢氧化物，并研究其作为电极材料对析氢反应的催化作用。Hydrothermal Synthesis of Nanorods and Nanowires of Mg/AlLayered Double Hydroxides.赵等人利用水热法，在190℃下合成出LDH纳米线，产物规整且分散性较好，然而该方法温度较高，耗能较大且具有一定的危险性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种操作简单，反应条件温和，耗时短，制备的CoV-LDH产品纯度高，形貌和尺寸均一，且电催化析氧性能优异的钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
1)取六水合氯化钴、氯化钒和六亚甲基四胺同时加入到20～40ml去离子水中室温下磁力搅拌得到钴盐浓度为0.0267～0.064mol/L的澄清溶液A；
其中六水合氯化钴：氯化钒：六亚甲基四胺的摩尔比为(1.067～1.28):(0.32～0.53):(0.5～2.5)；
2)将步骤1)的澄清溶液A倒入反应内衬后密封，继而将内衬装于外釜中置于均相反应仪中在80～160℃下反应；
3)水热反应结束，将反应釜自然冷却到室温，将反应后的产物经过水和醇交替清洗后收集产物并真空干燥得到CoV-LDH纳米片。
所述步骤2)澄清溶液A倒入反应内衬的填充比为20～80％。
所述步骤2)反应时间为3～24h。
所述步骤3)的真空干燥温度为25～35℃，干燥时间为10～14h。
本发明的效果体现在：
1)该方法采用的是一步水热法，具有低的合成温度，简单的合成路径，不需要大型设备和苛刻的反应条件，原料廉价易得，成本低，产率高，无需后期处理，对环境友好，可以适合大规模生产。
2)该方法制备的CoV-LDH二维纳米片，这种二维结构有利于离子的自由进出，有利于电解液与CoV-LDH纳米片的充分接触，能够暴露较多的活性位点，继而能够提高其电化学性能。
3)该方法制备的产物化学组成均一，纯度高，形貌均匀，其作为电解水电极材料时能够表现出优异的电化学性能，在10mA/cm2的电流密度下，其过电势约为280mV。
附图说明
图1为本发明实施例5制备的CoV-LDH纳米片的X-射线衍射(XRD)图谱；
图2为本发明实施例5制备的CoV-LDH纳米片的扫描电镜(SEM)照片；
图3为本发明实施例5制备的CoV-LDH纳米片的线性扫描伏安(LSV)性能测试图。
具体实施方式：
下面结合附图以及实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1：
1)取六水合氯化钴、氯化钒和六亚甲基四胺同时加入到30ml去离子水中室温下磁力搅拌得到钴盐浓度为0.0426mol/L的澄清溶液A；
其中六水合氯化钴：氯化钒：六亚甲基四胺的摩尔比为1.28：0.32：2；
2)将步骤1)的澄清溶液A按60％的填充比倒入反应内衬后密封，继而将内衬装于外釜中置于均相反应仪中在120℃下反应12h；
3)水热反应结束，将反应釜自然冷却到室温，将反应后的产物经过水和醇交替清洗3次后收集产物并在35℃真空干燥10h得到CoV-LDH纳米片。
实施例2：
1)取六水合氯化钴、氯化钒和六亚甲基四胺同时加入到25ml去离子水中室温下磁力搅拌得到钴盐浓度为0.0276mol/L的澄清溶液A；
其中六水合氯化钴：氯化钒：六亚甲基四胺的摩尔比为1.2：0.4：0.5；
2)将步骤1)的澄清溶液A按20％的填充比倒入反应内衬后密封，继而将内衬装于外釜中置于均相反应仪中在80℃下反应24h；
3)水热反应结束，将反应釜自然冷却到室温，将反应后的产物经过水和醇交替清洗3次后收集产物并在25℃真空干燥12h得到CoV-LDH纳米片。
实施例3：
1)取六水合氯化钴、氯化钒和六亚甲基四胺同时加入到20ml去离子水中室温下磁力搅拌得到钴盐浓度为0.053mol/L的澄清溶液A；
其中六水合氯化钴：氯化钒：六亚甲基四胺的摩尔比为1.067：0.53：1.5；
2)将步骤1)的澄清溶液A按40％的填充比倒入反应内衬后密封，继而将内衬装于外釜中置于均相反应仪中在150℃下反应10h；
3)水热反应结束，将反应釜自然冷却到室温，将反应后的产物经过水和醇交替清洗3次后收集产物并在30℃真空干燥12h得到CoV-LDH纳米片。
实施例4：
1)取六水合氯化钴、氯化钒和六亚甲基四胺同时加入到35ml去离子水中室温下磁力搅拌得到钴盐浓度为0.064mol/L的澄清溶液A；
其中六水合氯化钴：氯化钒：六亚甲基四胺的摩尔比为1.142：0.457：2.5；
2)将步骤1)的澄清溶液A按40％的填充比倒入反应内衬后密封，继而将内衬装于外釜中置于均相反应仪中在160℃下反应3h；
3)水热反应结束，将反应釜自然冷却到室温，将反应后的产物经过水和醇交替清洗3次后收集产物并在25℃真空干燥14h得到CoV-LDH纳米片。
实施例5：
1)取六水合氯化钴、氯化钒和六亚甲基四胺同时加入到35ml去离子水中室温下磁力搅拌得到钴盐浓度为0.064mol/L的澄清溶液A；
其中六水合氯化钴：氯化钒：六亚甲基四胺的摩尔比为1.2：0.4：2；
2)将步骤1)的澄清溶液A按80％的填充比倒入反应内衬后密封，继而将内衬装于外釜中置于均相反应仪中在120℃下反应12h；
3)水热反应结束，将反应釜自然冷却到室温，将反应后的产物经过水和醇交替清洗3次后收集产物并在25℃真空干燥12h得到CoV-LDH纳米片。
从图1中可以看出本发明制备的产物在衍射角度为10.4°、23°、35°和60°现了(003)、(006)、(009)、(110)晶面的衍射，说明产物为具有水滑石结构的钴钒双金属氢氧化物。
从图2的SEM图中可以看出本发明制备的产物的形貌为片状结构，且纳米片分布的很均匀。
从图3的线性扫描伏安图中可以看出，本发明制备的产物在电流密度为10mA/cm2时，它的过电势为280mV，说明该样品具有良好的电催化析氧活性。

Claims (4)

1.一种钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法，其特征在于：
1)取六水合氯化钴、氯化钒和六亚甲基四胺同时加入到20～40ml去离子水中室温下磁力搅拌得到钴盐浓度为0.0267～0.064mol/L的澄清溶液A；
其中六水合氯化钴：氯化钒：六亚甲基四胺的摩尔比为(1.067～1.28):(0.32～0.53):(0.5～2.5)；
2)将步骤1)的澄清溶液A倒入反应内衬后密封，继而将内衬装于外釜中置于均相反应仪中在80～160℃下反应；
3)水热反应结束，将反应釜自然冷却到室温，将反应后的产物经过水和醇交替清洗后收集产物并真空干燥得到CoV-LDH纳米片。
2.根据权利要求1所述的钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)澄清溶液A倒入反应内衬的填充比为20～80％。
3.根据权利要求1所述的钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤2)反应时间为3～24h。
4.根据权利要求1所述的钴钒双金属氢氧化物纳米片电解水析氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述步骤3)的真空干燥温度为25～35℃，干燥时间为10～14h。
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