CN110247072A - NiFe-LDH@CNT纳米材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种NiFe‑LDH@CNT纳米材料及其制备方法，所述制备方法包括：将碳纳米管和酸溶液混合，水浴加热、洗涤干燥后得到产物A；将上述产物A、硝酸铁、硝酸镍、表面活性剂和溶剂混合，得到产物B；将产物B和还原剂混合，经氧化还原反应得到产物C；将所述产物C固液分离，将得到的固体经洗涤、干燥和研磨，得到所述NiFe‑LDH@CNT纳米材料。解决了传统的片状纳米材料的制备方法复杂、成本高、产量低等问题。

Description

NiFe-LDH@CNT纳米材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及无机纳米复合材料领域，具体地，涉及一种NiFe-LDH@CNT纳米材料及其制备方法。
背景技术
燃料电池具有发电效率高，环境污染小等优点，是新世纪以来能量转化率较为高效的一种新型技术。燃料电池中的电极材料是人们关注的焦点。OER作为其中一个重要的反应，一直以来是人们研究的重点内容，最先作为OER催化剂的一般都是贵金属材料。但这些贵金属材料太过昂贵，无形中限制了其发展，因此发现一种资源丰富，催化效率高的材料是未来的一个重要挑战。过渡金属由于其资源较为丰富，现在过渡金属电极材料已经成为电化学领域的研究热点.
随着研究的不但进展，片状纳米材料的研究已经有了很大的进展，但其电化学转换领域的效率因电荷转移缓慢所限制，且传统的片状纳米材料的制备方法复杂、成本高、产量低。
发明内容
本发明的目的是提供一种NiFe-LDH@CNT纳米材料及其制备方法，解决了传统的片状纳米材料的制备方法复杂、成本高、产量低等问题。
为了实现上述目的，本发明提供了一种NiFe-LDH@CNT纳米材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将碳纳米管和酸溶液混合，水浴加热、洗涤干燥后得到产物A；
(2)将上述产物A、硝酸铁、硝酸镍、表面活性剂和溶剂混合，得到产物B；
(3)将产物B和还原剂混合，经氧化还原反应得到产物C；
(4)将所述产物C固液分离，将得到的固体经洗涤、干燥和研磨，得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料。
本发明还提供了一种NiFe-LDH@CNT纳米材料，所述NiFe-LDH@CNT纳米材料由上述的制备方法制得。
本发明提供了一种NiFe-LDH@CNT纳米材料及其制备方法，所述制备方法包括：将碳纳米管和酸溶液混合，水浴加热、洗涤干燥后得到产物A；将上述产物A、硝酸铁、硝酸镍、表面活性剂和溶剂混合，得到产物B；将产物B和还原剂混合，经氧化还原反应得到产物C；将所述产物C固液分离，将得到的固体经洗涤、干燥和研磨，得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的NiFe-LDH@CNT纳米材料通过简单的方法制备，这种方法简单高效，产量大，从而得到一种新型过渡金属纳米复合材料。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是实施例1所得产物的SEM图；
图2是实施例1所得产物的TEM图；
图3是实施例2所得产物的SEM图；
图4是实施例2所得产物的TEM图；
图5是实施例3所得产物的SEM图；
图6是实施例3所得产物的TEM图；
图7是实施例4所得产物的SEM图；
图8是实施例4所得产物的TEM图；
图9是各实施例所得产物的XRD谱图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
本发明提供了一种NiFe-LDH@CNT纳米材料的制备方法，所述制备方法包括：
(1)将碳纳米管和酸溶液混合，水浴加热、洗涤干燥后得到产物A；
(2)将上述产物A、硝酸铁、硝酸镍、表面活性剂和溶剂混合，得到产物B；
(3)将产物B和还原剂混合，经氧化还原反应得到产物C；
(4)将所述产物C固液分离，将得到的固体经洗涤、干燥和研磨，得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料。在步骤(1)中，混合的方式优选地选择超声震荡的方式，其条件为：超声频率为20-25KHz，温度为常温，时间为5-30min。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高最终制得的纳米复合材料的形状和结构的均一性等，所述酸溶液由硝酸溶液和硫酸溶液按照摩尔比为2:1-4:1进行混合。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高最终制得的纳米复合材料的形状和结构的均一性等，在步骤(1)中，水浴加热的条件包括：温度为60-80℃；
干燥的条件包括：温度为50-80℃，时间为6-12h。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高最终制得的纳米复合材料的形状和结构的均一性等，相对于3mmol的硝酸镍，产物A的用量为0.01-0.5g，硝酸铁的用量为1-9mmol，表面活性剂的用量为0.1-0.7g，溶剂的用量为5-600mL。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高最终制得的纳米复合材料的形状和结构的均一性等，相对于3mmol的硝酸镍，还原剂的用量为1-200mmol。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高最终制得的纳米复合材料的形状和结构的均一性等，还原剂选自硼氢化钠、四氢铝锂和钯炭中的一种或多种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高最终制得的纳米复合材料的形状和结构的均一性等，还原剂为硼氢化钠溶液，且硼氢化钠溶液的浓度为5-50mg/mL。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高最终制得的纳米复合材料的形状和结构的均一性等，表面活性剂选自聚乙烯吡咯环酮、直链烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或多种；
溶剂选自蒸馏水、乙醇和甲醇中的一种或几种。
在本发明的一种优选的实施方式中，为了进一步提高最终制得的纳米复合材料的形状和结构的均一性等，在步骤(4)中，将得到的固体经水和无水乙醇分别洗涤2-5次后干燥，得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料；
其中，干燥的条件包括：温度为55-80℃，时间为12-72h。
本发明还提供了一种NiFe-LDH@CNT纳米材料，所述NiFe-LDH@CNT纳米材料由上述的制备方法制得。
下面结合具体实施例对本发明技术方案作进一步详细描述，所描述的具体实施例仅对本发明进行解释说明，并不用以限制本发明。
实施例1
将碳纳米管0.3g和酸溶液(硝酸溶液和硫酸溶液按照摩尔比为3:1进行混合)混合，80℃水浴加热，搅拌3h，抽滤后用去离子水清洗、80℃干燥后得到产物A；将0.01g上述产物A、8mmol硝酸铁、3mmol硝酸镍、0.5g聚乙烯吡咯烷酮和50mL混合，超声10min得到产物B；将产物B和硼氢化钠溶液(1g/20mL)混合反应6h，经氧化还原反应得到产物C；将所述产物C固液分离，将得到的固体经去离子水和无水乙醇各洗涤数次、65℃干燥12h，研磨后得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料。
实施例2
将碳纳米管0.3g和酸溶液(硝酸溶液和硫酸溶液按照摩尔比为3:1进行混合)混合，80℃水浴加热，搅拌3h，抽滤后用去离子水清洗、80℃干燥后得到产物A；将0.05g上述产物A、8mmol硝酸铁、3mmol硝酸镍、0.5g聚乙烯吡咯烷酮和50mL混合，超声10min得到产物B；将产物B和硼氢化钠溶液(1g/20mL)混合反应6h，经氧化还原反应得到产物C；将所述产物C固液分离，将得到的固体经去离子水和无水乙醇各洗涤数次、65℃干燥12h，研磨后得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料。
实施例3
将碳纳米管0.3g和酸溶液(硝酸溶液和硫酸溶液按照摩尔比为3:1进行混合)混合，80℃水浴加热，搅拌3h，抽滤后用去离子水清洗、80℃干燥后得到产物A；将0.1g上述产物A、8mmol硝酸铁、3mmol硝酸镍、0.5g聚乙烯吡咯烷酮和50mL混合，超声10min得到产物B；将产物B和硼氢化钠溶液(1g/20mL)混合反应6h，经氧化还原反应得到产物C；将所述产物C固液分离，将得到的固体经去离子水和无水乙醇各洗涤数次、65℃干燥12h，研磨后得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料。
实施例4
将碳纳米管0.3g和酸溶液(硝酸溶液和硫酸溶液按照摩尔比为3:1进行混合)混合，80℃水浴加热，搅拌3h，抽滤后用去离子水清洗、80℃干燥后得到产物A；将0.2g上述产物A、8mmol硝酸铁、3mmol硝酸镍、0.5g聚乙烯吡咯烷酮和50mL混合，超声10min得到产物B；将产物B和硼氢化钠溶液(1g/20mL)混合反应6h，经氧化还原反应得到产物C；将所述产物C固液分离，将得到的固体经去离子水和无水乙醇各洗涤数次、65℃干燥12h，研磨后得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料。
图1和图2分别为实施例1产物的SEM和TEM图，可以观察到碳纳米管加入的量非常少，使碳纳米管完全被覆盖住，观察不到碳纳米管与片状铁镍氢氧化物的复合。图3和图4分别为实施例2产物的SEM和TEM图，可以看出加入的碳纳米管较少，碳纳米管与氢氧化物并不能很好的结合在一起。图5和图6分别为实施例3产物的SEM和TEM图，可以观察到纳米片均匀的长在碳纳米管基底上，同时还形成了多孔结构，近距离观察到碳纳米管表面被完全覆盖住。图7和图8分别为实施例3产物的SEM和TEM图，可以观察到碳纳米管上并未完全生长满纳米片，这是由于碳纳米管太多，并不能与纳米片完全结合在一起。图9是不同质量碳纳米棒的加入所获得复合材料与片状铁镍氢氧化物的对比的XRD模型图，可以观察到随着碳纳米管的含量增加，衍射峰逐渐明显。
以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (10)

1.一种NiFe-LDH@CNT纳米材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
(1)将碳纳米管和酸溶液混合，水浴加热、洗涤干燥后得到产物A；
(2)将上述产物A、硝酸铁、硝酸镍、表面活性剂和溶剂混合，得到产物B；
(3)将产物B和还原剂混合，经氧化还原反应得到产物C；
(4)将所述产物C固液分离，将得到的固体经洗涤、干燥和研磨，得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述酸溶液由硝酸溶液和硫酸溶液按照摩尔比为2:1-4:1进行混合。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(1)中，水浴加热的条件包括：温度为60-80℃；
干燥的条件包括：温度为50-80℃，时间为6-12h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，相对于3mmol的硝酸镍，产物A的用量为0.01-0.5g，硝酸铁的用量为1-9mmol，表面活性剂的用量为0.1-0.7g，溶剂的用量为5-600mL。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，相对于3mmol的硝酸镍，还原剂的用量为1-200mmol。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，还原剂选自硼氢化钠、四氢铝锂和钯炭中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其中，还原剂为硼氢化钠溶液，且硼氢化钠溶液的浓度为5-50mg/mL。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，表面活性剂选自聚乙烯吡咯环酮、直链烷基苯磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的一种或多种；
溶剂选自蒸馏水、乙醇和甲醇中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤(4)中，将得到的固体经水和无水乙醇分别洗涤2-5次后干燥，得到所述NiFe-LDH@CNT纳米材料；
其中，干燥的条件包括：温度为55-80℃，时间为12-72h。
10.一种NiFe-LDH@CNT纳米材料，其特征在于，所述NiFe-LDH@CNT纳米材料由权利要求1-9中任意一项所述的制备方法制得。
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