CN108654625B - 一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN108654625B CN108654625B CN201810458452.2A CN201810458452A CN108654625B CN 108654625 B CN108654625 B CN 108654625B CN 201810458452 A CN201810458452 A CN 201810458452A CN 108654625 B CN108654625 B CN 108654625B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nickel
- iron
- lamellar
- nife
- electrocatalyst
- 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.)
- Active
Links
- UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N iron nickel Chemical compound [Fe].[Ni] UGKDIUIOSMUOAW-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 26
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 23
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 34
- GDVKFRBCXAPAQJ-UHFFFAOYSA-A dialuminum;hexamagnesium;carbonate;hexadecahydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[OH-].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Mg+2].[Al+3].[Al+3].[O-]C([O-])=O GDVKFRBCXAPAQJ-UHFFFAOYSA-A 0.000 claims abstract description 23
- 229960001545 hydrotalcite Drugs 0.000 claims abstract description 22
- 229910001701 hydrotalcite Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims abstract description 20
- 229910001030 Iron–nickel alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 17
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 13
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 claims description 23
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 claims description 11
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 11
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 7
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000003513 alkali Substances 0.000 claims description 6
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 6
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910000863 Ferronickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N iron(3+);trinitrate Chemical group [Fe+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O VCJMYUPGQJHHFU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 150000002815 nickel Chemical class 0.000 claims description 4
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims description 4
- VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N Nickel(2+) Chemical compound [Ni+2] VEQPNABPJHWNSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims description 3
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000009777 vacuum freeze-drying Methods 0.000 claims description 3
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 3
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 2
- 238000005216 hydrothermal crystallization Methods 0.000 claims description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 2
- -1 iron ions Chemical class 0.000 claims description 2
- 229910001453 nickel ion Inorganic materials 0.000 claims description 2
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical group [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 claims description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 2
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 abstract description 7
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 4
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 abstract 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 21
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 10
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000024 high-resolution transmission electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- KJCVRFUGPWSIIH-UHFFFAOYSA-N 1-naphthol Chemical compound C1=CC=C2C(O)=CC=CC2=C1 KJCVRFUGPWSIIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- 229910003271 Ni-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 1
- 125000000218 acetic acid group Chemical group C(C)(=O)* 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001450 anions Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000003795 desorption Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- DMTIXTXDJGWVCO-UHFFFAOYSA-N iron(2+) nickel(2+) oxygen(2-) Chemical compound [O--].[O--].[Fe++].[Ni++] DMTIXTXDJGWVCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000520 microinjection Methods 0.000 description 1
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002135 nanosheet Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 239000006259 organic additive Substances 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 231100000572 poisoning Toxicity 0.000 description 1
- 230000000607 poisoning effect Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000027756 respiratory electron transport chain Effects 0.000 description 1
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/755—Nickel
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
- B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
- B01J35/33—Electric or magnetic properties
-
- 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
-
- 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
- C25B3/00—Electrolytic production of organic compounds
- C25B3/20—Processes
- C25B3/23—Oxidation
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用。本发明是采用镍铁水滑石(NiFe‑LDHs；Ni/Fe＝3:1)作为前驱体材料，在氢气氛下还原，制备得到限域结构金属合金/复合金属氢氧化物纳米复合材料Ni3Fe/NiFe(OH)x。该结构的还原转化是在水滑石原有片层基体的基础上，结构仍然保持片层状。将制备的样品作为电催化剂材料应用于乙醇氧化反应，限域型复合结构不同组分相之间的协同作用，以及片层材料的高的比表面积和活性位点，提高了电催化氧化乙醇的活性和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于催化剂技术领域，特别涉及一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
直接乙醇燃料电池(direct ethanol fuel cell，DEFC)中燃料乙醇能够从生物质原料中大量生产，无毒、沸点较高，且具有比甲醇更高的能量密度。另外，其燃料供应系统可与现有的加油站兼容，因此，DEFC在小型便携式电子设备和电动汽车等方面展示出美好的发展前景。目前，醇类燃料电池Pt或Pd基电催化剂存在着易于毒化、耐久性差、价格昂贵等难题，开发高性能DEFC用非贵金属催化剂材料称为人们研究的热点。镍和铁元素催化剂地壳储量丰富，且有着良好的电催化活性，这与过渡金属的电子结构有关，因为过渡金属存在d电子效应，因此在催化过程中能够提高催化的活性，降低反应的活化能。因此通过调节镍铁基催化剂的结构提高电催化能力有着重要的意义。
限域结构在催化过程中有着重要的应用，能够利用限域效应调节控制样品的结构，加强不同组分之间的协同效应以及界面效应，从而提高样品的催化能力。水滑石(LDHs)作为一种金属离子分散性高的纳米片层材料，为制备限域纳米复合结构提供了良好的前体。这是由于组成水滑石层板的阳离子以及层间阴离子都具有很高的可调控性，使得水滑石可以设计得到理想组分样品。且组成水滑石的不同离子之间有着较高的分散性，为以水滑石为载体制备复合结构催化剂提供了良好的条件。
发明内容
本发明的目的是提供一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用。
本发明通过双滴法制备NiFe-LDH前体，在氢气氛中一定温度下一步还原制备了具有片层限域的Ni3Fe/NiFe(OH)x纳米复合电催化剂。其应用在电催化氧化乙醇的反应中，能够有效提高电催化氧化反应的活性和稳定性，还可以应用于电催化析氧反应OER和氧气还原反应ORR反应等。
本发明所述的片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂是镍铁纳米合金颗粒均匀的分散在弱结晶的镍铁复合氢氧化物片层基体中，形成具有片层限域结构的镍铁基纳米复合电催化剂。
所述镍铁纳米合金颗粒尺寸为3-5nm。
所述镍铁复合氢氧化物片层基体尺寸为50-100nm。
本发明所述的片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂的制备方法：
(1)双滴法制备NiFe水滑石前体；
(2)将步骤(1)制备的NiFe水滑石前体在常压氢气氛中进行还原，还原温度为150-500℃，还原时间为5h，再在氮气氛中钝化2h，钝化完成后即得到片层限域结构镍铁纳米复合电催化剂。
步骤(1)的具体操作方法为：室温下，将镍盐和铁盐配制成混合盐溶液，与混合碱溶液共同滴加至合成体系中，控制滴加速率，使合成体系保持pH值＝10，然后90℃水热晶化24h，去离子水洗至中性，最后真空冷冻干燥获得镍铁水滑石前体。
所述的混合碱溶液为氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液。
所述的镍盐为硝酸镍，铁盐为硝酸铁，混合盐溶液中的镍离子和铁离子的摩尔比为3:1，混合盐溶液的滴加速率为30mL·h-1。
将上述的片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂用于电催化析氧反应OER或氧气还原反应ORR反应。
将上述制备得到的片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂应用于电催化氧化乙醇反应中。其催化条件为：将片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂修饰在玻碳电极表面上以对其进行电催化性能测试，反应溶液为浓度为1M KOH和0.1-1M CH3CH2OH的混合溶液，室温下测试。
本发明采用NiFe水滑石NiFe-LDH作为前体通过一步还原制备得到Ni3Fe/NiFe(OH)x纳米复合电催化剂，由于镍铁复合氢氧化物片层基体NiFe(OH)x的限域作用，使得Ni3Fe纳米合金颗粒在片层NiFe(OH)x基体上高度分散。Ni3Fe纳米合金颗粒和片层NiFe(OH)x基体的复合，充分发挥了二者的协同催化作用，提高了催化剂在电催化氧化乙醇反应的活性和稳定性。该电催化剂在制备过程中不需要使用任何有机溶剂或添加剂，制备简便，绿色环保。
附图说明
图1是NiFe-LDH前体的XRD(a)和SEM(b)图。
图2是NiFe-250℃样品(a)和NiFe-500℃样品(b)的SEM图。
图3是NiFe-LDH前驱体以及在氢气气氛中不同温度下还原后样品的XRD图。
图4是催化剂样品的HRTEM图，a、b为NiFe-200℃样品，c、d为NiFe-250℃样品，e、f为NiFe-350℃样品。
图5是NiFe-LDH及其250℃、350℃和500℃样品的CV曲线，其中，a：1M KOH，b：1MKOH+1M CH3CH2OH。
图6是NiFe-LDH前驱体以及氢气不同还原温度下样品的EIS。
图7是NiFe-LDH前驱体以及氢气不同还原温度下样品的CA。
具体实施方式
为使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明提供的一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用进行详细描述。
实施例1片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂的制备
称取定量的Ni(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)2·9H2O盐溶解在去离子水中，配制成Ni/Fe摩尔比为3的混合盐溶液，其中c(Ni2+)＝0.495mol·L-1，c(Fe3+)＝0.165mol·L-1。配制氢氧化钠浓度为1mol·L-1和碳酸钠浓度为0.33mol·L-1的混合碱溶液。量取100mL去离子水加入合成体系中。室温下，将混合盐溶液和混合碱溶液通过双道微量注射泵分别滴加至合成体系中，混合盐溶液的滴加速率为30mL·h-1，通过调节混合碱溶液的滴加速率使得合成体系的pH＝10。待溶液滴加完后，将合成体系转移至水热釜中，90℃晶化24h。然后3000rmp离心分离，并用去离子水洗涤至中性，最后真空冷冻干燥获得NiFe-LDH前体。NiFe-LDH的XRD、SEM见图1。
将NiFe-LDH放置于气氛管式炉中，常压下通入氢气进行焙烧还原，还原温度范围的设置为150-500℃，还原时间为5h，升温速率为10℃·min-1。样品还原后待温度降至室温后换气，将气体换成N2钝化2h后取出，得到各个温度下的还原催化剂样品。
不同温度处理的水滑石样品的SEM见图2。由图2可以看出，水滑石在氢气气氛下还原但是其仍然能够保持片层结构。不同温度处理的水滑石样品的XRD见图3。由图3可以看出，200℃时水滑石的特征晶面峰消失，水滑石结构破坏。随着温度的升高Ni3Fe相不断被还原。图4为还原样品的HRTEM图，可以看出随着还原温度的升高，样品中的Ni3Fe颗粒逐渐增大，
深入研究了不同还原温度对于材料结构的影响。发现，在氢气还原温度低于200℃时，NiFe-LDHs结构的塌陷导致形成镍铁复合氢氧化物NiFe(OH)x；此时，Ni3Fe合金相被还原析出，符合“拓扑转化”机制。随着还原温度提升至250℃，Ni3Fe合金粒子逐渐长大，生成Ni3Fe/NiFe(OH)x纳米复合材料。而当还原温度到达350℃时，样品基体中有少量的镍铁氧化物NiFeOx生成。伴随着还原温度继续升高至450℃，样品中的NiFeOx开始被还原，最终生成Ni3Fe合金粒子。但是所有的还原转化过程都发生在原有水滑石的片层结构体系中，其片层结构基本保持不变。
实施例2电化学操作
电极的制备，将2mg实施例1制备的样品催化剂溶解在1mL溶液中(500uL去离子水+450uL异丙醇+50uL萘酚)，超声振荡1h使得催化剂样品得到均匀分散，用移液枪取10uL电极液滴至玻碳电极上，室温干燥。通过电化学工作站测得的乙醇催化氧化的数据见图5、6、7。
随着温度的升高Ni3Fe相的不断还原，电催化乙醇的活性先升高后降低。NiFe-250℃样品(Ni3Fe/NiFe(OH)x)电催化乙醇的活性最高。这归因于Ni3Fe相和NiFe(OH)x相之间的协同作用。NiFe(OH)x相为电性能的活性位点，有利于Ni2+与Ni3+之间电子的转化，同时丰富的羟基能够促进乙酰基的脱附。而Ni3Fe相有利于在电催化乙醇过程中电子的转移，同时Ni3Fe相能够促进对乙醇分子的活化，因此NiFe-250℃样品表现出优异的电催化氧化乙醇活性。
本发明是采用镍铁水滑石(NiFe-LDHs；Ni/Fe＝3:1)作为前驱体材料，在氢气氛下还原，制备得限域结构金属合金/氢氧化物纳米复合材料：Ni3Fe/NiFe(OH)x。该结构的还原转化是在水滑石原有片层基体的基础上，结构仍然保持片层状。将制备的样品作为电催化剂材料应用于乙醇氧化反应，限域型复合结构不同组分相之间的协同作用，以及片层材料的高的比表面积和活性位点，提高了电催化氧化乙醇的活性和稳定性。
上面结合附图对本发明的实例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实例，凡对本发明所作的任何改进和变型均属本发明权利要求的保护范围。
Claims (5)
1.一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂的制备方法，其特征在于，所述的片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂结构为：镍铁纳米合金颗粒均匀的分散在弱结晶的镍铁复合氢氧化物片层基体中，形成片层限域结构，所述镍铁纳米合金颗粒尺寸为3-5 nm，所述镍铁复合氢氧化物片层基体尺寸为50-100nm；
所述的制备方法包括以下步骤：
（1）双滴法制备NiFe水滑石前体；
（2）将步骤（1）制备的NiFe水滑石前体在常压氢气氛中进行还原，还原温度为150-500℃，还原时间为5h，再在氮气氛中钝化2h，钝化完成后即得到片层限域结构镍铁纳米复合电催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）的具体操作方法为：室温下，将镍盐和铁盐配制成混合盐溶液，与混合碱溶液共同滴加至合成体系中，控制滴加速率，使合成体系保持pH值=10，然后90℃水热晶化24h，去离子水洗至中性，最后真空冷冻干燥获得镍铁水滑石前体。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的混合碱溶液为氢氧化钠和碳酸钠的混合水溶液。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的镍盐为硝酸镍，铁盐为硝酸铁，混合盐溶液中的镍离子和铁离子的摩尔比为3:1，混合盐溶液的滴加速率为30mL·h-1。
5.一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂的应用，将权利要求1-4中任意一项所述方法制备得到的片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂用于电催化析氧反应、电催化氧气还原反应或电催化氧化乙醇反应。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810458452.2A CN108654625B (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810458452.2A CN108654625B (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN108654625A CN108654625A (zh) | 2018-10-16 |
| CN108654625B true CN108654625B (zh) | 2020-06-02 |
Family
ID=63778217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810458452.2A Active CN108654625B (zh) | 2018-05-14 | 2018-05-14 | 一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN108654625B (zh) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109529849B (zh) * | 2018-12-18 | 2021-10-08 | 山东科技大学 | 一种原位自牺牲模板合成镍铁水滑石纳米阵列复合结构的方法及应用 |
| CN110164699B (zh) * | 2019-05-16 | 2020-06-02 | 北京化工大学 | 一种铁掺杂氧化镍及其在光催化燃料电池中的应用 |
| CN110841646B (zh) * | 2019-10-24 | 2021-06-22 | 北京化工大学 | 亲水性类单分散磁性NiFe@NiFeO纳米颗粒修饰的泡沫镍电极的制备方法 |
| CN111063902A (zh) * | 2019-12-03 | 2020-04-24 | 上海理工大学 | 一种纳米金属插层水滑石材料电极催化剂的制备方法 |
| CN111005035B (zh) * | 2019-12-16 | 2021-09-28 | 山西大学 | 一种含铁镍掺杂的氮化钽碳纳米薄膜一体化电极的制备方法和应用 |
| CN113215594B (zh) * | 2021-04-07 | 2022-10-04 | 中南林业科技大学 | 负载镍铁氢氧化物/镍铁合金的木基电催化剂及其制备方法、电解水制氢催化剂 |
| CN113652713A (zh) * | 2021-07-31 | 2021-11-16 | 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 | 核壳型催化剂的制备方法及其该催化剂制备的复合电极 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101455964A (zh) * | 2008-12-18 | 2009-06-17 | 浙江工业大学 | 一种镍基金属负载型催化剂的制备方法 |
| CN106381506A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-02-08 | 西安交通大学 | 一种层状镍铁氢氧化物电极的制备方法 |
| CN107012473A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-08-04 | 北京化工大学 | 一种双金属复合材料及其制备方法和应用 |
-
2018
- 2018-05-14 CN CN201810458452.2A patent/CN108654625B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101455964A (zh) * | 2008-12-18 | 2009-06-17 | 浙江工业大学 | 一种镍基金属负载型催化剂的制备方法 |
| CN106381506A (zh) * | 2016-10-18 | 2017-02-08 | 西安交通大学 | 一种层状镍铁氢氧化物电极的制备方法 |
| CN107012473A (zh) * | 2017-04-24 | 2017-08-04 | 北京化工大学 | 一种双金属复合材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| A Highly Active and Coke-Resistant Steam Reforming Catalyst Comprising;Mitsuru Koike 等;《ChemSusChem》;20121107;第5卷;2312-2314 * |
| Topotactic reduction of layered double hydroxides for;Pengsong Li等;《Nano Research》;20171231;第10卷(第9期);2988-2997 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108654625A (zh) | 2018-10-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108654625B (zh) | 一种片层限域结构镍铁基纳米复合电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112481653B (zh) | 一种富含缺陷的钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂及其制备方法和应用 | |
| WO2017190553A1 (zh) | 一种双重限域结构的过渡金属纳米粒子催化剂及其催化对苯二甲酸二甲酯选择加氢的应用 | |
| CN113026047B (zh) | 一种电化学催化转化二氧化碳合成甲醇的方法 | |
| CN110292939B (zh) | 一种双碳限域的铱纳米团簇及其制备方法和应用 | |
| Gu et al. | Synthesis of bimetallic Ni–Cr nano-oxides as catalysts for methanol oxidation in NaOH solution | |
| CN115029724B (zh) | 一种金属掺杂2h相二硫化钼电催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN113621987A (zh) | 一种钴钼合金与钴钼混合氧化物电催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN114808123A (zh) | 一种单晶多孔高熵羟基氧化物及其制备方法和应用 | |
| Wang et al. | Stabilizing Fe in intermetallic L10-PtAuFe nanoparticles with strong Au-Fe bond to boost oxygen reduction reaction activity and durability | |
| CN113652698B (zh) | 一种具有交叉纳米片结构的钨掺杂磷化镍双功能催化材料 | |
| CN114592213A (zh) | 单原子金属掺杂α-氢氧化钴纳米片及其制备方法和应用 | |
| CN110433810A (zh) | 氧化铜掺杂镍铁类水滑石纳米片/石墨烯双功能水分解催化剂的制备方法 | |
| CN107029752B (zh) | 一种铂/石墨烯-钙钛矿-泡沫镍催化剂的制备方法 | |
| CN113265666A (zh) | 一维Fe掺杂α-Ni(OH)2纳米带催化剂及其制备方法和应用 | |
| Guo et al. | Highly dispersed Rh prepared by the in-situ etching-growth strategy for energy-saving hydrogen evolution | |
| CN114277400B (zh) | 一种镍掺杂的羟基氧化铁自支撑电极材料的自源刻蚀制备方法及其应用 | |
| CN116180107A (zh) | 一种非晶的钨酸镍铁催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN112779550B (zh) | 一种三维微米管状析氢反应电催化剂及其制备方法 | |
| CN105293591A (zh) | 一种以活性氧化镁为原料制备镁镍金属复合氧化物的方法 | |
| CN116344848B (zh) | 一种基于MOFs结构的FeNi-N-C复合电化学催化剂 | |
| CN114293220B (zh) | 一种Co3-xFexMo3N析氧电催化材料及其制备方法与应用 | |
| CN104307526B (zh) | 一种负载型锂掺杂四氧化三钴纳米复合催化剂及其制备方法 | |
| CN115621473B (zh) | 一种固体氧化物燃料电池阳极材料及其制备方法和应用 | |
| EP4406644A1 (en) | Nano flake-shaped spinel oxidation catalyst for anion exchange membrane water electrolysis and preparation method thereof |
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 |