CN110075850A - 一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110075850A CN110075850A CN201910483510.1A CN201910483510A CN110075850A CN 110075850 A CN110075850 A CN 110075850A CN 201910483510 A CN201910483510 A CN 201910483510A CN 110075850 A CN110075850 A CN 110075850A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ferro
- aluminium hydroxide
- stratiform
- preparation
- cobalt aluminium
- 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.)
- Pending
Links
- RIVZIMVWRDTIOQ-UHFFFAOYSA-N cobalt iron Chemical compound [Fe].[Co].[Co].[Co] RIVZIMVWRDTIOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 48
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 41
- WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K aluminium hydroxide Chemical compound [OH-].[OH-].[OH-].[Al+3] WNROFYMDJYEPJX-UHFFFAOYSA-K 0.000 title claims abstract description 32
- 229910021502 aluminium hydroxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 32
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 27
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 43
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 41
- 239000013049 sediment Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 32
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims abstract description 26
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 20
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 16
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229910002554 Fe(NO3)3·9H2O Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims abstract description 9
- 229960004756 ethanol Drugs 0.000 claims description 15
- 229960000935 dehydrated alcohol Drugs 0.000 claims description 8
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 7
- JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N aluminium nitrate Chemical compound [Al+3].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O JLDSOYXADOWAKB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 230000035484 reaction time Effects 0.000 claims description 2
- UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N cobalt dinitrate Chemical compound [Co+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O UFMZWBIQTDUYBN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 abstract description 3
- 229910000000 metal hydroxide Inorganic materials 0.000 description 16
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 230000008859 change Effects 0.000 description 8
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000004411 aluminium Substances 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 150000004692 metal hydroxides Chemical class 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N ethanol;hydrate Chemical compound O.CCO IDGUHHHQCWSQLU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009396 hybridization Methods 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M hydroxide Chemical compound [OH-] XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 2
- 229910020647 Co-O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910020704 Co—O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L dimercury dichloride Chemical group Cl[Hg][Hg]Cl ZOMNIUBKTOKEHS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- -1 hydroxide radical anion Chemical class 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000000750 progressive effect Effects 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
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
- B01J23/007—Mixed salts
-
- 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
- B01J23/75—Cobalt
-
- 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
- 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
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
本发明公开了一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用。本发明的钴铁铝氢氧化物电催化剂采用Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O制备而成，制备方法如下：将Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O加入无水乙醇中搅拌获得混合液，在混合液中加入NH4OH和去离子水混合液体并搅拌至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液，将半透明橙黄色溶液转移到反应釜中并进行水热反应，将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水进行离心洗涤；将完成离心洗涤的下层沉淀物烘干并获得CoFeAl‑LDH。采用本制备方法制备的钴铁铝氢氧化物应用于电催化分解水时提升了电催化分解水的效率，且本制备方法提升了钴铁铝氢氧化物配方组分的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及电催化剂领域，特别涉及一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
近年来，随着工业领域的迅猛发展，人类社会面临着严峻的环境问题与能源危机，而电解水制备氢气和氧气是一种有效缓解两大危机的可行手段。全分解水是目前国内外的研究热点，其分为析氢和析氧(OER)两种反应。然而，由于析氧反应(OER)的反应能垒较高，导致水分解反应的整体速率缓慢，严重限制了电解水的效率，因而寻求一种高效的OER电催化剂成为有效提升全分解水速率的关键技术。虽然部分贵金属及其氧化物具有很高的电催化活性，但昂贵的价格严重限制了其大规模生产应用。因此，研发高效、稳定且价格低廉的非贵金属基电催化剂迫在眉睫。过渡金属由于价格相对低廉，且其氢氧化物具有良好的电催化性能，从而受到大家的广泛关注，有望替代贵金属基电催化剂。
双金属氢氧化物(LDH)是具有三明治堆积结构的层状材料，其由金属阳离子组成的原子层和与之电荷平衡的层间氢氧根阴离子所组成。这种特殊的层状结构使其具有独特的物理和化学特性。与此同时，由于其灵活可变的化学组成，双金属氢氧化物的物理和化学性能会伴随着体系中的金属离子类型和比例发生变化，从而获得不同的电催化剂性能。作为一种典型的LDH化合物，钴铁双金属氢氧化物(CoFe-LDH)纳米结构具有较大的比表面积，有助于材料表面的电催化反应以及气体和电解质的传输。为了进一步提高CoFe-LDH材料分解水的动力学性能，通过掺杂Al金属离子，以改变体系的原子结构及电子结构，调控材料的物理和化学性能，降低材料表面OER反应的动力学能垒，从而提高材料的电催化性能。目前，通过简单的水热法制备钴铁铝氢氧化物电极材料及其电催化分解水应用方面迄今还未见相关报道。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种解决现有技术的不足之处的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：
一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂，其特征在于：包括以下配方组分：Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O，Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为2:1:(0.1～2)。以上技术方案中，相对于传统的层状钴铁双金属氢氧化物CoFe-LDH，本发明中，配方组分中的铝金属离子实现了CoFe-LDH的晶体结构和电子结构的改变，从而改变层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的物理和化学特性，降低催化剂的过电位，使得含有铝金属离子的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的电催化性能得到提高。
本发明还提供了一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法：包括以下步骤：
S1、将Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O加入无水乙醇并搅拌，并获得混合液；
S2、在S1的混合液中加入NH4OH和去离子水混合液体并搅拌至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液；
S3、将S2中的半透明橙黄色溶液转移到反应釜中，并进行水热反应；
S4、将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水进行离心洗涤；
S5、将完成离心洗涤的下层沉淀物烘干并获得CoFeAl-LDH。
作为优选，Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Al(NO3)3·9H2O、NH4OH和去离子水混合液体的摩尔比为2:1:(0.1～2):6:9。进一步地，Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Al(NO3)3·9H2O、NH4OH和去离子水混合液体的摩尔比为2:1:(0.5～1.5):6:9。以上技术方案中，NH4OH为30wt％的NH4OH。在钴铁双金属氢氧化物CoFe-LDH中掺杂金属Al离子之后，金属Al离子将替换部分金属Co和Fe离子。但由于金属Al离子与O的p-p轨道杂化强度低于Co或Fe与O的d-p轨道杂化强度，因此，在Al掺杂替换Co和Fe之后，体系中Co和Fe与O的杂化强度增加，这将明显改变Co和Fe的电子结构，当其作为表面活性位时，其化学活性会得到明显改变。以上技术方案中，当Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Al(NO3)3·9H2O、NH4OH和去离子水混合液体的摩尔比为2:1:(0.1～2):6:9时，使得配方原料具有高利用率，并能制得具有高电催化性能的钴铁铝氢氧化物电催化剂。
作为优选，步骤S3中，水热反应温度为140-170℃。以上技术方案中，水热反应是一种在密封的压力容器中，以水作为溶剂、粉体经溶解和再结晶的制备材料的方法。相对于其他粉体制备方法，通过水热反应制得的粉体具有晶粒发育完整，粒度小，且分布均匀，颗粒团聚较轻，可使用较为便宜的原料，易得到合适的化学计量物和晶形等优点。不低于140℃的温度保证了水热反应能够正常快速地进行，提高了反应效率，不高于170℃的温度降低了温度过高对制备CoFeAl-LDH带来的负面影响。
作为优选，水热反应的反应时间为2-3小时。以上技术方案中，不低于2小时的时间设置保证了水热反应能够充分反应，不高于3小时的时间设置节省了完成水热反应后的等待时间，从而缩短了整个制备时间，提升了整个制备效率。
作为优选，半透明橙黄色溶液体积为反应釜容量的70％-80％。以上技术方案中，半透明橙黄色溶液体积不低于70％的反应釜的容纳量使得单次制备量尽量最大化；半透明橙黄色溶液体积不高于80％的反应釜的容纳量使得在反应釜中进行水热反应中，降低半透明橙黄色液体溢出反应釜的概率，以及降低其对反应釜产生的应力。
作为优选，步骤S1中的搅拌时间为20-25min。以上技术方案中，搅拌时间不低于20min保障了Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O充分混合入无水乙醇；搅拌时间不高于25min节省了Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O充分混合入无水乙醇后的等待时间，提升了层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备效率。
作为优选，步骤S4中，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行三次离心洗涤。以上技术方案中，将下层沉淀物加入离心机并用乙醇和去离子水分别至少进行三次离心洗涤保证了下层沉淀物表面残余的NH4OH等液体，保证了下层残余物烘干后的纯净度。
一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的应用，包括用于电催化分解水。以上技术方案中，相对于传统的层状钴铁双金属氢氧化物CoFe-LDH，本发明中铝金属离子实现了CoFe-LDH的晶体结构和电子结构的改变，从而层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的物理和化学特性，降低催化剂的过电位，使得含有铝金属离子的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的电催化性能得到提高，用于电催化分解水时具有优良的效果。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂采用含有金属Al的配方，改变了电催化剂的物理和化学特性，降低了电催化剂的过电位，使得含有铝金属离子的电催化剂的电催化性能得到提高；
2、本发明的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法，提升了配方组分的利用率、制备效率及层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的纯净度；
3、本发明的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的应用，提升了电催化分解水的催化性能和分解效率。
附图说明
图1是实施例一至实施例七分别获得的电催化剂的线性扫描对比伏安图。
图2是本发明的层状钴铁铝三金属氢氧化物CoFeAl-LDH和层状钴铁双金属氢氧化物CoFe-LDH的XRD对比图；
图3是本发明的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的TEM图；
图4是层状钴铁双金属氢氧化物的TEM图；
图5是实施例六中CoFe-LDH-1整体的XPS图；
图6是实施例六CoFe-LDH-1中Co元素的XPS图；
图7是实施例三中CoFeAl-LDH-3整体的XPS图；
图8是实施例三CoFeAl-LDH-3中Co元素的XPS图。
具体实施方式
以下结合附图和实施方式对本发明作进一步的说明。
实施例一：
本实施例中，称取0.6mmol Co(NO3)2·6H2O、0.3mmolFe(NO3)3·9H2O和0.03mmolAl(NO3)3·9H2O加入75mL无水乙醇并搅拌至溶解并获得混合液，在混合液中加入1.8m30wt％的NH4OH和2.7mL去离子水混合液体，搅拌25分钟至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液。将半透明橙黄色溶液转移到100mL反应釜中，并在170℃条件下进行2小时的水热反应。将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行3次离心洗涤，将下层沉淀物烘干并获得CoFeAl-LDH-1。
实施例二：
本实施例中，称取0.6mmol Co(NO3)2·6H2O、0.3mmolFe(NO3)3·9H2O和0.15mmolAl(NO3)3·9H2O加入75mL无水乙醇并搅拌至溶解并获得混合液，在混合液中加入1.8m30wt％的NH4OH和2.7mL去离子水混合液体，搅拌25分钟至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液。将半透明橙黄色溶液转移到100mL反应釜中，并在170℃条件下进行2小时的水热反应。将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行3次离心洗涤，将下层沉淀物烘干并获得CoFeAl-LDH-2。
实施例三：
本实施例中，称取0.6mmol Co(NO3)2·6H2O、0.3mmolFe(NO3)3·9H2O和0.15mmolAl(NO3)3·9H2O加入75mL无水乙醇并搅拌至溶解并获得混合液，在混合液中加入1.8m30wt％的NH4OH和2.7mL去离子水混合液体，搅拌25分钟至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液。将半透明橙黄色溶液转移到100mL反应釜中，并在170℃条件下进行2小时的水热反应。将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行3次离心洗涤，将下层沉淀物烘干并获得CoFeAl-LDH-3。
实施例四：
本实施例中，称取0.6mmol Co(NO3)2·6H2O、0.3mmolFe(NO3)3·9H2O和0.45mmolAl(NO3)3·9H2O加入75mL无水乙醇并搅拌至溶解并获得混合液，在混合液中加入1.8m30wt％的NH4OH和2.7mL去离子水混合液体，搅拌25分钟至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液。将半透明橙黄色溶液转移到100mL反应釜中，并在170℃条件下进行2小时的水热反应。将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行3次离心洗涤，将下层沉淀物烘干并获得CoFeAl-LDH-4。
实施例五：
本实施例中，称取0.6mmol Co(NO3)2·6H2O、0.3mmolFe(NO3)3·9H2O和0.6mmolAl(NO3)3·9H2O加入75mL无水乙醇并搅拌至溶解并获得混合液，在混合液中加入1.8m30wt％的NH4OH和2.7mL去离子水混合液体，搅拌25分钟至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液。将半透明橙黄色溶液转移到100mL反应釜中，并在170℃条件下进行2小时的水热反应。将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行3次离心洗涤，将下层沉淀物烘干并获得CoFeAl-LDH-5。
实施例六：
本实施例中，称取0.6mmol Co(NO3)2·6H2O和0.3mmolFe(NO3)3·9H2O加入75mL无水乙醇并搅拌至溶解并获得混合液，在混合液中加入1.875m30wt％的NH4OH和2.625mL去离子水混合液体，搅拌25分钟至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液。将半透明橙黄色溶液转移到100mL反应釜中，并在170℃条件下进行2小时的水热反应。将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行3次离心洗涤，将下层沉淀物烘干并获得CoFe-LDH-1。
实施例七：
本实施例中，称取0.6mmol Co(NO3)2·6H2O和0.3mmolFe(NO3)3·9H2O加入75mL无水乙醇并搅拌至溶解并获得混合液，在混合液中加入1.8m30wt％的NH4OH和2.7mL去离子水混合液体，搅拌25分钟至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液。将半透明橙黄色溶液转移到100mL反应釜中，并在170℃条件下进行2小时的水热反应。将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行3次离心洗涤，将下层沉淀物烘干并获得CoFe-LDH-2。
以上实施例中，实施例一至实施例五公开了层状钴铁铝三金属氢氧化物CoFeAl-LDH的五种制备过程，实施例六和实施例七公开了层状钴铁双金属氢氧化物CoFe-LDH的两种制备过程；分别对实施例一至实施例七制备得到电催化剂进行电解水活性测试，并分别获取各自相对应的线性扫描伏安图，并得到电催化剂的线性扫描对比伏安图，如图1所示。通过图1可以直观得出Al离子掺杂制备得到的CoFeAl-LDH的电化学性能有所不同程度的提高，当电流密度为10mAcm-2时，实施例三获得的CoFeAl-LDH-3的点位最低，活性最好。
电解水活性测的实验条件如下：电催化性能测试工作在CHI660E辰华电化学工作站上完成。电解池为自制三电极电池，碳棒为对电极CE，直径为3mm的玻碳电极为工作电极WE，饱和甘汞溶液作为参比电极RE。工作电极在使用之前用0.05mm氧化铝粉末抛光，并在去离子水和乙醇中超声处理后风干。电解液是pH为13.97的1M KOH。将5mg电催化剂加入到由200μL去离子水、300μL乙醇、25μL 0.5wt％的Nafion溶液组成的混合液中，并超声处理1小时，然后取5μL混合液转移到玻碳电极上，电极的负载量为0.707mg/cm2，室温下干燥。通过线性伏安扫描法LSV来研究催化剂的OER活性，测量范围是1.2V～1.8V，扫速为10mV/s。本次的测量电位vs可逆氢电极RHE是通过以下公式计算：E(RHE)＝E(SCE)+0.0591PH+0.24。
图2是层状钴铁铝三金属氢氧化物CoFeAl-LDH和层状钴铁双金属氢氧化物CoFe-LDH的XRD对比图，通过图2可以直观得出层状钴铁铝三金属氢氧化物CoFeAl-LDH的衍射峰仅左移0.2度，表明Al离子置换了CoFe-LDH体系中的部分Co和Fe离子，且晶格常数变大。
图3和图4分别是层状钴铁铝三金属氢氧化物CoFeAl-LDH和层状钴铁双金属氢氧化物CoFe-LDH的TEM图。图3和图4表明CoFeAl-LDH和CoFe-LDH均为纳米片。
图5至图8是层状钴铁铝三金属氢氧化物CoFeAl-LDH和层状钴铁双金属氢氧化物CoFe-LDH的XPS对比图，其中图5和图6分别为CoFe-LDH-1整体的XPS和Co元素的曲线图，图7和图8分别为CoFeAl-LDH-3整体的XPS和Co元素的曲线图；通过对比，表明Al离子掺杂之后，由于Co-O结合强度增加，体系中3价Co离子含量增加。
在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在不改变本发明的创造内容下进行简单的置换均视为相同的创造。说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂，其特征在于：包括以下配方组分：Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O，Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O的摩尔比为2:1:(0.1～2)。
2.一种根据权利要求1所述的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法：包括以下步骤：
S1、将Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和Al(NO3)3·9H2O加入无水乙醇并搅拌，并获得混合液；
S2、在S1的混合液中加入NH4OH和去离子水混合液体并搅拌至完全溶解，获得半透明橙黄色溶液；
S3、将S2中的半透明橙黄色溶液转移到反应釜中，并进行水热反应；
S4、将反应釜自然冷却至室温并得到下层沉淀物，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水进行离心洗涤；
S5、将完成离心洗涤的下层沉淀物烘干并获得CoFeAl-LDH。
3.根据权利要求2所述的一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于：Co(NO3)2·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O、Al(NO3)3·9H2O、NH4OH和去离子水混合液体的摩尔比为2:1:(0.1～2):6:9。
4.根据权利要求2或3所述的一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S3中，水热反应的温度为140-170℃。
5.根据权利要求4所述的一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S3中，水热反应的反应时间为2-3小时。
6.根据权利要求2或3或5所述的一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S3中，半透明橙黄色溶液体积为反应釜容量的70％-80％。
7.根据权利要求6所述的一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中的搅拌时间为20-25min。
8.根据权利要求2或3或5或7所述的一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的制备方法，其特征在于：步骤S4中，将下层沉淀物加入离心机并分别用乙醇和去离子水至少进行三次离心洗涤。
9.一种根据权利要求1所述的层状钴铁铝氢氧化物电催化剂的应用，其特征在于：包括用于电催化分解水。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910483510.1A CN110075850A (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201910483510.1A CN110075850A (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110075850A true CN110075850A (zh) | 2019-08-02 |
Family
ID=67423567
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201910483510.1A Pending CN110075850A (zh) | 2019-06-04 | 2019-06-04 | 一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110075850A (zh) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110975869A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-04-10 | 华侨大学 | 一种磁性氧空位铁钴层状双金属氢氧化物催化剂的制备方法及其应用 |
| CN112978868A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-18 | 同济大学 | 钴铁层状双金属氢氧化物@碳化钛电极材料及其制备方法和应用 |
| CN113481534A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-10-08 | 江苏大学 | 低结晶度的锆掺杂的钴铁层状双氢氧化物的制备方法及其应用于电解水制氢 |
| CN116903054A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-10-20 | 中国地质大学（武汉） | 一种半金属氢氧化物材料及其制备方法和应用 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103332709A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-10-02 | 北京化工大学 | 一种纳米铝基层状复合氢氧化物及其制备方法 |
| CN103864155A (zh) * | 2012-12-17 | 2014-06-18 | 北京市太阳能研究所集团有限公司 | 一种高结晶度铁基类水滑石的制备方法 |
| CN107268021A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-10-20 | 河南大学 | 一种NiCoAl‑LDH修饰三氧化二铁复合光阳极材料及其制备方法和应用 |
-
2019
- 2019-06-04 CN CN201910483510.1A patent/CN110075850A/zh active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103864155A (zh) * | 2012-12-17 | 2014-06-18 | 北京市太阳能研究所集团有限公司 | 一种高结晶度铁基类水滑石的制备方法 |
| CN103332709A (zh) * | 2013-05-29 | 2013-10-02 | 北京化工大学 | 一种纳米铝基层状复合氢氧化物及其制备方法 |
| CN107268021A (zh) * | 2017-06-26 | 2017-10-20 | 河南大学 | 一种NiCoAl‑LDH修饰三氧化二铁复合光阳极材料及其制备方法和应用 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| GUANGBO CHEN ETAL.: ""Alumina-Supported CoFe Alloy Catalysts Derived from Layered-Double-Hydroxide Nanosheets for Efficient Photothermal CO2 Hydrogenation to Hydrocarbons"", 《ADVANCED MATERIALS》 * |
| WEI LIU ET.AL: ""Amorphous Cobalt–Iron Hydroxide Nanosheet", 《ADV. FUNCT. MATER.》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110975869A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-04-10 | 华侨大学 | 一种磁性氧空位铁钴层状双金属氢氧化物催化剂的制备方法及其应用 |
| CN112978868A (zh) * | 2021-03-03 | 2021-06-18 | 同济大学 | 钴铁层状双金属氢氧化物@碳化钛电极材料及其制备方法和应用 |
| CN113481534A (zh) * | 2021-06-11 | 2021-10-08 | 江苏大学 | 低结晶度的锆掺杂的钴铁层状双氢氧化物的制备方法及其应用于电解水制氢 |
| CN113481534B (zh) * | 2021-06-11 | 2022-05-20 | 江苏大学 | 低结晶度的锆掺杂的钴铁层状双氢氧化物的制备方法及其应用于电解水制氢 |
| CN116903054A (zh) * | 2023-07-24 | 2023-10-20 | 中国地质大学（武汉） | 一种半金属氢氧化物材料及其制备方法和应用 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Jing et al. | Theory-oriented screening and discovery of advanced energy transformation materials in electrocatalysis | |
| You et al. | Innovative strategies for electrocatalytic water splitting | |
| Wang et al. | Ni–Mo nanocatalysts on N-doped graphite nanotubes for highly efficient electrochemical hydrogen evolution in acid | |
| CN110075850A (zh) | 一种层状钴铁铝氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109652822A (zh) | 以ldh为模板制备层状金属有机框架材料纳米阵列水氧化电催化剂 | |
| 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 | |
| CN108554413A (zh) | 一种三维多级结构高分散镍基电催化材料及其制备方法 | |
| CN106498430A (zh) | 基于双功能纳米阵列电极的低能耗电化学制氢系统 | |
| CN105107536A (zh) | 一种多面体形磷化钴电解水制氢催化剂的制备方法 | |
| CN108447703B (zh) | 一种镍铁双金属氢氧化物@二氧化铈异质结构纳米片材料、制备方法及其应用 | |
| CN109718822A (zh) | 一种制备金属-碳复合催化材料的方法及其应用 | |
| Gao et al. | Atomically dispersed iron with densely exposed active sites as bifunctional oxygen catalysts for zinc–air flow batteries | |
| Xu et al. | Yttrium-doped cobalt-based metal–organic frameworks for selective electrooxidation of glycerol coupled with hydrogen production | |
| Li et al. | Selective electrochemical alkaline seawater oxidation catalyzed by cobalt carbonate hydroxide nanorod arrays with sequential proton-electron transfer properties | |
| CN107694581A (zh) | 杂原子掺杂的多孔碳包覆磷化亚铜复合型催化剂的应用 | |
| Chaturvedi et al. | Enhancing the cooperative catalytic effect in Ni/Co Hydr (oxy) oxide porous electrodes for overall water splitting and glucose sensing | |
| CN101161341A (zh) | 一种直接甲醇燃料电池阳极多元催化剂的制备方法 | |
| CN107321372B (zh) | CoS纳米颗粒/N掺杂RGO析氢复合材料的制备方法 | |
| CN110773171A (zh) | 一种层状镍铁铜氢氧化物电催化剂及其制备方法和应用 | |
| Ji et al. | Full water splitting by a nanoporous CeO 2 nanowire array under alkaline conditions | |
| Lin et al. | Nickel–Cobalt Selenide Electrocatalytic Electrode toward Glucose Oxidation Coupling with Alkaline Hydrogen Production | |
| Li et al. | Engineering amorphous/crystalline rod-like core–shell electrocatalysts for overall water splitting | |
| Zhang et al. | Oxygen vacancies confined in nickel oxide nanoprism arrays for promoted electrocatalytic water splitting | |
| Yin et al. | In situ synthesis of NiO/CuO nanosheet heterostructures rich in defects for efficient electrocatalytic oxygen evolution reaction | |
| Liu et al. | Non-Noble Metal High-Entropy Alloy-Based Catalytic Electrode for Long-Life Hydrogen Gas Batteries |
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 |