CN110219013A - 一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料 - Google Patents

一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料 Download PDF

Info

Publication number
CN110219013A
CN110219013A CN201910550993.2A CN201910550993A CN110219013A CN 110219013 A CN110219013 A CN 110219013A CN 201910550993 A CN201910550993 A CN 201910550993A CN 110219013 A CN110219013 A CN 110219013A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nickel
nife ldh
prepares
presoma
prepared
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
Application number
CN201910550993.2A
Other languages
English (en)
Inventor
马丽颖
韩林秀
赵乃勤
李家俊
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.)
Tianjin University
Original Assignee
Tianjin 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 Tianjin University filed Critical Tianjin University
Priority to CN201910550993.2A priority Critical patent/CN110219013A/zh
Publication of CN110219013A publication Critical patent/CN110219013A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING 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
    • C23CCOATING 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
    • C23C26/00Coating not provided for in groups C23C2/00 - C23C24/00
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031Porous electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料,其制备方法包括下列步骤:通过清洗,制备泡沫镍前驱体;制备硝酸铁硝酸镍水溶液;3)制备NiFe LDH前驱体:将步骤1)处理好的泡沫镍和步骤2)制备好的硝酸铁硝酸镍水溶液转移到水热反应釜里,在100‑130℃下保温一段时间,制得NiFe LDH前驱体;制备氮修饰的NiFe LDH:将步骤3)制备好的NiFe LDH放到水热反应釜中,反应釜底端放置氨水作为氮源,氨水与NiFe LDH通过金属网格隔开,在90‑105℃下保温一段时间,制得电极材料。

Description

一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料
技术领域
本发明涉及一种在泡沫镍上直接生长镍铁氢氧化物,并在低温下进行氮修饰,属于纳米材料的制备技术领域。
背景技术
随着工业化的发展,对能源的需求越来越大。化石燃料的燃烧对生态环境造成了极大的污染,研究和发展清洁能源变得愈发重要,为了获得清洁、可再生的能源系统,近年来,由析氢反应和析氧反应组成的电催化分解水受到了研究者们的广泛关注,获得高活性的电催化材料是十分必要的。传统的催化剂材料如用于析氢反应的Pt/C和用于析氧反应的RuO2或IrO2均表现出较高的催化活性,然而这些材料催化功能单一,且储量稀少、价格昂贵,无法进行大规模应用。因此,研究和开发高效、低成本的双功能催化剂材料已刻不容缓。
过渡族金属元素,如钼(Mo)基、钴(Co)基、镍铁(NiFe)基等,具有储量丰富、价格低廉、催化活性高等特点,其中环境友好的NiFe基材料被认为是最有前途的催化剂之一。此外,由于Fe的引入,NiFe层状双金属氢氧化合物(LDH)具有更多的活性位点和更高的析氧反应活性,从而优化了电子结构,加速了电荷转移。例如,近年来被广泛报道的NiFe LDH空心纳米笼、纳米片材和纳米球,但是其析氢反应性能还有待提升,虽然可以通过引入其它元素调节电子结构、构建非均相结构,或者引入缺陷等手段来提高NiFe基材料的电催化活性,但其电催化性能尚不令人满意,因此,如何提高析氢反应和析氧反应的活性,提高整体分解水的性能,是一个迫切需要解决的问题。
研究表明,掺入N原子可以提高还原反应的性能,是提高NiFe-LDH电催化性能的方法,然而,传统的引入氮原子的方法是在高温下进行固态或气态氮源掺杂,很容易将水合物的结构转化为NiFe氧化物,其性能优于NiFe水合物,但析氧反应性能较差,所以如何在掺入N原子的同时,保持NiFe LDH的结构成为研究难点。
发明内容
针对现有技术的不足,本发明提供一种在泡沫镍上生长NiFe LDH、并在低温下进行氮修饰的方法,该方法过程简单、成本低廉、可控性好,得到的氮修饰NiFe LDH纳米片分布均匀、比表面积大,适合工业化生产。技术方案如下:
一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料,其制备方法包括下列步骤:
1)通过清洗,制备泡沫镍前驱体;
2)制备硝酸铁硝酸镍水溶液:将去离子水与Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O按照摩尔比(50-100):(1.5-2.5):1的比例混合均匀,配成硝酸铁硝酸镍水溶液;
3)制备NiFe LDH前驱体:将步骤1)处理好的泡沫镍和步骤2)制备好的硝酸铁硝酸镍水溶液转移到水热反应釜里,在100-130℃下保温一段时间,制得NiFe LDH前驱体。
4)制备氮修饰的NiFe LDH:将步骤3)制备好的NiFe LDH放到水热反应釜中,反应釜底端放置氨水作为氮源,氨水与NiFe LDH通过金属网格隔开,在90-105℃下保温一段时间,制得电极材料。
与现有技术相比,本发明方法具有以下优势:(1)利用泡沫镍为基体,镍铁硝酸盐提供镍铁源,采用简单水热的方法制备前驱体,简化了工艺流程,大大节约了成本;(2)采用水热反应釜作为氮修饰反应装置,设备简单,无需额外搭建设备;(3)所制备的氮修饰NiFeLDH分布均匀、可控性好,且制备过程和设备简单,易于实现工业化推广应用。
附图说明
图1为本发明预处理泡沫镍的SEM图像;
图2为本发明所制备镍铁氢氧化物SEM图像;
图3为本发明所制备的镍铁氢氧化物EDS元素分布图;
图4为本发明所制备氮修饰后镍铁氢氧化物SEM图像;
图5为本发明所制备氮修饰后镍铁氢氧化物EELS元素分布图;
图6为本发明所制备氮修饰后镍铁氢氧化物TEM图像;
图7为本发明所制备氮修饰前后镍铁氢氧化物及泡沫镍前驱体和Pt/C析氢性能对比图;
图8为本发明所制备氮修饰前后镍铁氢氧化物及泡沫镍前驱体和RuO2析氧性能对比图;
图9为为本发明所制备氮修饰后镍铁氢氧化物组建全解水及RuO2和Pt/C组建全解水性能对比图;
本发明未述及之处适用于现有技术。
具体实施方式
首先给出本发明的技术路线
一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料,其制备方法包括下列步骤:
1)制备泡沫镍前驱体
选用厚度为0.3~3mm的泡沫镍,置于1MHCl溶液中超声15~30min,并用去离子水和乙醇反复清洗,随后在60~80℃下烘干,将泡沫镍裁剪成合适的尺寸备用。
2)制备硝酸铁硝酸镍水溶液
将去离子水与Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O按照摩尔比70:2:1的比例混合,先将去离子水和Fe(NO3)3·9H2O及Ni(NO3)2·6H2O配成硝酸铁硝酸镍水溶液,搅拌15~30min混合均匀。
3)制备NiFe LDH前驱体
将步骤1处理好的泡沫镍和步骤2制备好的硝酸铁硝酸镍水溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜里,在120℃下保温6~12h,制得NiFe LDH前驱体。
5)制备氮修饰的NiFe LDH
将步骤3制备好的NiFe LDH放到水热反应釜中,反应釜底端放置氨水作为氮源,氨水与NiFe LDH直接用铁丝网或者篦子隔开,在100℃下保温3~12h。
以下给出本发明制备方法的具体实施例。这些实施例仅用于详细说明本发明制备方法,并不限制本申请权利要求的保护范围。
实施例1
1)制备泡沫镍前驱体
选用厚度为1.5mm的泡沫镍,置于1M HCl溶液中超声15min,并用去离子水和乙醇反复清洗,随后在60℃下烘干,将泡沫镍裁剪成1×3cm2备用。
2)制备硝酸铁硝酸镍水溶液
将去70mL离子水与2mmol Fe(NO3)3·9H2O和1mmol Ni(NO3)2·6H2O配成混合,搅拌20min混合均匀。
3)制备铁镍氢氧化物前驱体
将步骤1处理好的泡沫镍和步骤2制备好的混合溶液转移到100mL的聚四氟乙烯内衬的水热反应釜里,在120℃下保温6h。
4)制备氮修饰的NiFe LDH
将步骤3制备好的NiFe LDH放到水热反应釜中,反应釜底端放置5mL氨水作为氮源,氨水与镍铁氢氧化物直接用铁丝网或者篦子隔开,在100℃下保温12h。
实施例2
1)制备泡沫镍前驱体
选用厚度为2mm的泡沫镍,置于1MHCl溶液中超声20min,并用去离子水和乙醇反复清洗,随后在70℃下烘干,将泡沫镍裁剪成1×3cm2备用。
2)制备硝酸铁硝酸镍水溶液
将去35mL离子水与1mmol Fe(NO3)3·9H2O和0.5mmol Ni(NO3)2·6H2O配成溶液,搅拌20min混合均匀。
3)制备NiFe LDH前驱体
将步骤1处理好的泡沫镍和步骤2制备好的混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜里,在120℃下保温6h。
4)制备氮修饰的NiFe LDH
将步骤3制备好的NiFe LDH放到水热反应釜中,反应釜底端放置5mL氨水作为氮源,氨水与NiFe LDH直接用铁丝网或者篦子隔开,在100℃下保温3h。
实施例3
1)制备泡沫镍前驱体
选用厚度为3mm的泡沫镍,置于1M HCl溶液中超声15min,并用去离子水和乙醇反复清洗,随后在80℃下烘干,将泡沫镍裁剪成1×2cm2备用。
2)制备硝酸铁硝酸镍水溶液
将去70mL离子水与2mmol Fe(NO3)3·9H2O和1mmol Ni(NO3)2·6H2O配成混合,先将去离子水和Fe(NO3)3·9H2O及Ni(NO3)2·6H2O配成溶液,搅拌30min混合均匀。
3)制备NiFe LDH前驱体
将步骤1处理好的泡沫镍和步骤2制备好的混合溶液转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜里,在120℃下保温6h。
4)制备氮修饰的NiFe LDH
将步骤3制备好的NiFe LDH放到水热反应釜中,反应釜底端放置10mL氨水作为氮源,氨水与镍铁氢氧化物直接用铁丝网或者篦子隔开,在100℃下保温9h。

Claims (1)

1.一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料,其制备方法包括下列步骤:
1)通过清洗,制备泡沫镍前驱体;
2)制备硝酸铁硝酸镍水溶液:将去离子水与Fe(NO3)3·9H2O和Ni(NO3)2·6H2O按照摩尔比(50-100):(1.5-2.5):1的比例混合均匀,配成硝酸铁硝酸镍水溶液;
3)制备NiFe LDH前驱体:将步骤1)处理好的泡沫镍和步骤2)制备好的硝酸铁硝酸镍水溶液转移到水热反应釜里,在100-130℃下保温一段时间,制得NiFe LDH前驱体。
4)制备氮修饰的NiFe LDH:将步骤3)制备好的NiFe LDH放到水热反应釜中,反应釜底端放置氨水作为氮源,氨水与NiFe LDH通过金属网格隔开,在90-105℃下保温一段时间,制得电极材料。
CN201910550993.2A 2019-06-24 2019-06-24 一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料 Pending CN110219013A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910550993.2A CN110219013A (zh) 2019-06-24 2019-06-24 一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910550993.2A CN110219013A (zh) 2019-06-24 2019-06-24 一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110219013A true CN110219013A (zh) 2019-09-10

Family

ID=67814670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910550993.2A Pending CN110219013A (zh) 2019-06-24 2019-06-24 一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110219013A (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112517039A (zh) * 2020-12-09 2021-03-19 万华化学集团股份有限公司 一种新型氮改性复合金属氧化物插入式催化剂及其应用
CN112695335A (zh) * 2021-01-19 2021-04-23 黑龙江大学 一种酸蒸汽辅助的镍铁水滑石纳米片-泡沫镍的制备方法
CN113144917A (zh) * 2021-04-23 2021-07-23 西南石油大学 一种海胆状的镍钴水滑石不锈钢网膜及其制备方法和应用
CN114759197A (zh) * 2022-06-16 2022-07-15 成都大学 一种燃料电池电极及其制备方法和应用

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103334144A (zh) * 2013-07-18 2013-10-02 哈尔滨工业大学 钛表面微弧氧化生物活性涂层的碱液水汽后处理方法
CN103539102A (zh) * 2013-10-14 2014-01-29 南京大学 一种制备氮掺杂氧化石墨烯的方法和装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103334144A (zh) * 2013-07-18 2013-10-02 哈尔滨工业大学 钛表面微弧氧化生物活性涂层的碱液水汽后处理方法
CN103539102A (zh) * 2013-10-14 2014-01-29 南京大学 一种制备氮掺杂氧化石墨烯的方法和装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YANYONG WANG ET. AL.: ""Nanoparticle-Stacked Porous Nickel−Iron Nitride Nanosheet: A Highly Efficient Bifunctional Electrocatalyst for Overall Water Splitting", 《ACS APPL. MATER. INTERFACES》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112517039A (zh) * 2020-12-09 2021-03-19 万华化学集团股份有限公司 一种新型氮改性复合金属氧化物插入式催化剂及其应用
CN112695335A (zh) * 2021-01-19 2021-04-23 黑龙江大学 一种酸蒸汽辅助的镍铁水滑石纳米片-泡沫镍的制备方法
CN113144917A (zh) * 2021-04-23 2021-07-23 西南石油大学 一种海胆状的镍钴水滑石不锈钢网膜及其制备方法和应用
CN114759197A (zh) * 2022-06-16 2022-07-15 成都大学 一种燃料电池电极及其制备方法和应用
CN114759197B (zh) * 2022-06-16 2022-09-20 成都大学 一种燃料电池电极及其制备方法和应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110219013A (zh) 一种自支撑氮修饰镍铁氢氧化物的电极材料
CN108543545B (zh) 一种Fe、Ni、N三掺杂碳纳米管包覆型FeNi@NCNT催化剂、制备方法及其应用
CN107245727B (zh) 一种多孔磷化钴纳米线催化剂的制备方法
CN108265314B (zh) 双金属氮化物纳米线全分解水电催化剂、合成方法和应用
CN114335573B (zh) 一种氮掺杂多孔碳多面体负载双金属单原子氧还原催化剂及其微波辅助制备方法与应用
CN109174162A (zh) 一种铁掺杂双金属磷化物电催化剂及其制备方法和应用
CN110743603B (zh) 一种钴铁双金属氮化物复合电催化剂及其制备方法与应用
CN108940328B (zh) 纳米片-纳米棒耦合三维复合材料Ni-Co改性碳化钼电催化制氢催化剂及其制备方法
CN108486605A (zh) 一种具有优异电解水性能的碳包覆硒化镍钴纳米材料及其制备方法
CN109252180A (zh) 一种三元mof纳米片阵列材料、制备方法及其应用
CN104353480A (zh) 三维氮掺杂石墨烯载铂铜复合电催化剂及其制备方法
CN106563450A (zh) 一种用于析氧反应的alpha相氢氧化钴纳米片的制备方法
CN111224113B (zh) 一种多级碳纳米结构锚定的Ni-N4单原子催化剂及其制备方法和应用
CN110479329A (zh) 一种磷掺杂碲化钴纳米材料的制备及应用
CN110756188B (zh) 一种三维碳网络负载FeCo双功能氧气催化剂的制备方法
CN109731604A (zh) 一种钴掺杂多孔氮化钒纳米片双功能电催化剂的制备方法
CN110459775A (zh) 无机轻元素掺杂镍基材料及其制备方法与应用
CN110404564B (zh) 一种双功能全解水电催化剂及其制备方法与应用
CN109455774A (zh) 一种Ni-Fe-OH/MoS2/Ni3S2的复合纳米片/碳纤维布、制备方法及应用
CN113270597A (zh) 一种C3N4包覆的碳纳米管负载NiFe双功能氧气电催化剂及其制备方法
CN107834079A (zh) 一种用于提高甲酸燃料电池电氧化活性的实现方法
CN109876833A (zh) 氧化镍负载硫磷掺杂石墨烯复合电催化剂及其制备方法
CN113410480B (zh) 一种镍多酚网络改性复合的三嗪基共聚物碳纳米电催化剂材料及其制备方法和应用
CN116742023A (zh) 氮掺杂碳纳米管负载金属合金掺氮碳纳米片催化剂及其制备方法与应用
CN113909487B (zh) 一种卷曲PtPd纳米枝晶及其制备方法和应用

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
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190910

RJ01 Rejection of invention patent application after publication