CN109136980A - 一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，具体包括如下步骤：分别称取CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O及Fe(NO3)3·9H2O溶于去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，得溶液A；将NH4F加入到溶液A中，搅拌至其完全溶解，得溶液B；将Na2C6H5O7·7H2O加入到溶液B中，搅拌均匀；将所得溶液以泡沫镍为基底，在室温下以‑1.1V vs Ag/AgCl电压沉积；将经沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗；将得到的泡沫镍在真空干燥箱进行干燥，即得枝状的CoFeCu三元合金。利用本发明提供的方法制得的CoFeCu三元合金具有优异的析氧催化性能。

Description

一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料合成技术领域，涉及一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法。
背景技术
与煤基制氢和甲烷转化制氢相比，电解水制氢以水为原料，是一种清洁、可持续的大规模制氢方法。水的分解包括阳极的析氧反应(OER)和阴极的析氢反应(HER)两部分。由于OER涉及多质子耦合电子转移步骤使得其反应动力学缓慢，从而影响整体的反应速率。除此之外，OER是许多与可再生能源相关的应用的关键之一，如可充电燃料电池、金属空气电池等。因此，开发一种合适的催化剂用以提高OER反应动力迫在眉睫。目前，贵金属及其氧化物被认为是最有效的OER电催化剂，但是其稀缺性和昂贵的价格严重限制了它们的实际应用，所以开发一种地壳含量丰富的具有优异性能的金属基催化剂是一项巨大的挑战。
目前，有研究表明，与单中心金属氧化物相比，双金属和三金属基催化剂对OER显示出更高的催化性能，这是由于多元素之间的协同效应引起的。合金化提供了混合多种元素的手段，但物理混合使得各种元素之间缺乏化学相互作用。电沉积合金化的方法克服了物理混合的缺点。因此，采用电沉积法将多种元素合金化可以进一步地改善OER催化活性。
发明内容
本发明的目的是提供一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，利用该方法制得的CoFeCu三元合金具有优异的析氧催化性能。
本发明所采用的技术方案是，一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，分别称取摩尔比为8.0:2.5:1.0～4.0的CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O及Fe(NO3)3·9H2O溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，得溶液A；
步骤2，将1mmol～20mmol NH4F加入到步骤1所得的溶液A中，搅拌至其完全溶解，得溶液B；
步骤3，将10mmol～40mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到步骤2所得的溶液B中，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3所得溶液以泡沫镍为基底，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积0.5h～2h；
步骤5，将经步骤4沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗3～6次；
步骤6，将步骤5得到的泡沫镍在真空干燥箱进行干燥，即得枝状的CoFeCu三元合金。
本发明的特点还在于，
步骤6中所得的CoFeCu三元合金中Co、Fe、Cu三种元素均以金属单质的形式存在。
步骤6中所得的CoFeCu三元合金是由直径为100-500nm的小颗粒组成的枝状形貌。
步骤6中的干燥温度为60℃，干燥时间为12～24h。
本发明的有益效果是，本发明利用电沉积法，在室温下制备的枝状CoFeCu三元合金用于析氧催化剂，具有优异的催化性能，具体表现在低过电势一级高稳定性，并且操作简单，绿色环保，生产过程无污染，在燃料电池、金属-空气电池以及电解水等领域均具有潜在的应用价值。
附图说明
图1是本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法实施例3制得的枝状CoFeCu三元合金的扫描电镜图；
图2是本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法实施例3制得的枝状CoFeCu三元合金的XRD图谱；
图3是本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法实施例3制得的枝状CoFeCu三元合金43°～45°的局部XRD图；
图4是本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法实施例3制得的枝状CoFeCu三元合金的线性扫面伏安曲线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，具体包括如下步骤：
步骤1，分别称取摩尔比为8.0:2.5:1.0～4.0的CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O及Fe(NO3)3·9H2O溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，得溶液A；
步骤2，将1mmol～20mmol NH4F(氟化氨)加入到步骤1所得的溶液A中，搅拌至其完全溶解，得溶液B；
步骤3，将10mmol～40mmol Na2C6H5O7·7H2O(柠檬酸钠)加入到步骤2所得的溶液B中，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3所得溶液搅拌1～5h后，以泡沫镍为基底(2cm*1cm)，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积0.5h～2h；
步骤5，将经步骤4沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗3～6次；
步骤6，将步骤5得到的泡沫镍在真空干燥箱进行干燥(干燥温度为60℃，时间为12～24h)，即得枝状的CoFeCu三元合金。CoFeCu三元合金中Co、Fe、Cu三种元素均以金属单质的形式存在。CoFeCu三元合金是由直径为100-500nm的小颗粒组成的枝状形貌。
在本发明中，Na2C6H5O7·7H2O主要作为配合剂，用于调节离子的共沉积电位；加入氟化氨，一方面是提高溶液的导电性，另一方面是利用F-对其形貌进行调控。
实施例1
按照摩尔比8.0:2.5:1.0分别称取CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O，将其溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，随后将1mmol NH4F加入到上述溶液中，搅拌至其完全溶解，最后将10mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到上述溶液中，搅拌至形成均匀的溶液；
将溶液磁力搅拌1h后，用量筒量取50mL的溶液倒入电解槽中，以泡沫镍为基底(2cm*1cm)，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积0.5h，沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗3次，随后将其置于真空干燥箱中以60℃干燥18h，最终得到枝状的CoFeCu三元合金。
实施例2
按照摩尔比8.0:2.5:2.0分别称取CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O，将其溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，随后将20mmol NH4F加入到上述溶液中，搅拌至其完全溶解，最后将40mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到上述溶液中，搅拌至形成均匀的溶液；
将溶液磁力搅拌5h后，用量筒量取50mL的溶液倒入电解槽中，以泡沫镍为基底(2cm*1cm)，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积2h，沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗5次，随后将其置于真空干燥箱中以60℃干燥24h，最终得到枝状的CoFeCu三元合金。
实施例3
按照摩尔比8.0:2.5:4.0分别称取CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O，将其溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，随后将10mmol NH4F加入到上述溶液中，搅拌至其完全溶解，最后将20mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到上述溶液中，搅拌至形成均匀的溶液；
将溶液磁力搅拌3h后，用量筒量取50mL的溶液倒入电解槽中，以泡沫镍为基底(2cm*1cm)，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积1h，沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗6次，随后将其置于真空干燥箱中以60℃干燥12h，最终得到枝状的CoFeCu三元合金。
采用实施例3的制备方法，由附图1可看出制备出的CoFeCu三元合金是由直径为100-500nm的小颗粒组成的枝状形貌。
由附图2和附图3的结果可看出，制备出的CoFeCu三元合金中Co、Fe、Cu三种元素均是以金属单质的形式存在，表明成功制备出CoFeCu三元合金。
由附图4可看出，当电流密度为10mA/cm2时，制备出的枝状CoFeCu三元合金的析氧过电势达到240mV，表明该材料具有优异的析氧。
本发明制备出的枝状CoFeCu三元合金具有优异的析氧催化性能，可用于燃料电池、金属-空气电池以及电解水等领域。

Claims (4)

1.一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
步骤1，分别称取摩尔比为8.0:2.5:1.0～4.0的CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O及Fe(NO3)3·9H2O溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，得溶液A；
步骤2，将1mmol～20mmol NH4F加入到步骤1所得的溶液A中，搅拌至其完全溶解，得溶液B；
步骤3，将10mmol～40mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到步骤2所得的溶液B中，搅拌均匀；
步骤4，将步骤3所得溶液以泡沫镍为基底，在室温下以-1.1 V vs Ag/AgCl电压沉积0.5h～2h；
步骤5，将经步骤4沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗3～6次；
步骤6，将步骤5得到的泡沫镍在真空干燥箱进行干燥，即得枝状的CoFeCu三元合金。
2.根据权利要求1所述的一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤6中所得的CoFeCu三元合金中Co、Fe、Cu三种元素均以金属单质的形式存在。
3.根据权利要求1所述的一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤6中所得的CoFeCu三元合金是由直径为100-500nm的小颗粒组成的枝状形貌。
4.根据权利要求1所述的一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，其特征在于：所述步骤6中的干燥温度为60℃，干燥时间为12～24h。
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