CN110280249B - 一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法及其氧气析出应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法及其氧气析出应用。该催化剂主要通过水热反应和室温条件下的金属阳离子交换反应两步制得，第一步是将Ni掺杂的Co‑MOF原位生长到泡沫镍上，作为下一步反应的前驱体；在第二步中，将所得NiCo/NF浸入到含有硫酸亚铁的水溶液中，烘干后即得NiCoFe/NF催化剂。用该方法制得的催化剂仅需252mV的过电势就可实现10mA/cm2的电流密度，同时具有优异的长期稳定性，与其他传统非贵金属催化剂相比具有更高的氧气析出活性。本发明制备方法简单，原料丰富易得，同时具备大规模生产的潜力。
Description
技术领域
本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法及其氧气析出应用。
背景技术
随着传统化石能源（石油、天然气、煤炭等）的消耗，能源短缺和环境污染问题越来越受到人们的重视。具有能量密度高、反应产物为水和环境友好等优点的氢气被认为是未来最理想的绿色能源方式之一，而电化学水解离为人们制取高纯氢气提供了一种十分简单高效的方法。然而，在整个电解水过程中，发生在阳极上的氧气析出反应（OER）是一个动力学缓慢的四电子转移过程，从而在很大程度上限制了制氢的效率。与此同时，具有最好电催化性能的贵金属催化剂（RuO2、IrO2等）由于储量稀少、价格昂贵等原因限制了其大规模的商业化应用。因此，开发一种低成本且具有高活性的新型非贵金属OER电催化剂成为人们迫切需要解决的研究课题。
近年来，价格低廉且储量丰富的过渡金属（Fe、Co、Ni等）材料引起了研究人员广泛的兴趣。研究表明，通过设计合理的制备方法和筛选合适的金属盐前驱体所制备出来的非贵金属电催化剂表现出可以媲美甚至优于RuO2和IrO2催化剂的OER催化性能。与单金属基材料相比，多金属基材料由于其更好的催化活性而受到更为广泛的关注。两种或多种金属配合物可以提供更为丰富的活性位点并提高材料的导电性，这对于催化性能的提高是十分有利的。此外，可以通过调节多种金属阳离子之间的比例来改变材料的金属原子价态和物理化学性能。在此背景下，开发一种制备方法简单、价格低廉且具有优异电催化性能的非贵金属OER催化剂就尤为重要。
本发明通过水热和室温条件下进行金属阳离子交换的方法成功制备了在碱性条件下具有优异催化活性和长期稳定性的非贵金属NiCoFe/NF电催化剂，该制备工艺简单，原料易得成本低，具备实际应用潜力。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的之一是提供一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法，该制备方法过程简单、原料廉价易得，其电催化氧析出性能优于商业RuO2催化剂，并可以大规模制备具备实际应用前景。
本发明的目的之二是提供该非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的应用，即用于发生在电解水（碱性）反应中阳极上的氧气析出过程，其在电流密度为10mA/cm2时，相对于可逆氢电极的过电位仅为252mV，经过95小时的稳定性测试后电流密度无明显衰减，显示出在碱性条件下优异的氧析出性能。
为达到以上目的，本发明的技术方案如下：
一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法，包含以下步骤：
（1）首先将泡沫镍（3*2cm）进行预处理，具体为：将泡沫镍依次在1M盐酸、丙酮、无水乙醇和二次水中进行超声清洗，并将其置于真空干燥箱中60℃下烘干备用。
（2）取乙酸镍，乙酸钴和2-甲基咪唑溶于无水甲醇溶液中，超声分散均匀后转移至反应釜中进行水热反应，待反应结束并自然冷却到室温后将所得样品用甲醇和二次水冲洗干净，自然晾干后备用。
（3）取硫酸亚铁溶于二次水中，搅拌并使其全部溶解，然后将上述得到的样品浸入含铁溶液中，使其进行自发的金属阳离子置换反应，待反应结束用二次水冲洗干净，将所得样品置于真空干燥箱中烘干备用。
步骤（2）所述乙酸镍的加入量为0.60mmol，乙酸钴的加入量为3.0mmol，2-甲基咪唑的加入量为10.0mmol，无水甲醇的加入量为40.0ml。
步骤（2）所述水热反应的时间设置为15小时，反应温度为130℃。
步骤（3）所述硫酸亚铁的加入量为0.75mmol，二次水的加入量为10.0ml。
步骤（3）所述在含硫酸亚铁溶液中的浸泡时间为0.5-2.0小时。
以上述步骤制备的一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的氧气析出应用，步骤如下：
在上海辰华电化学工作站上进行氧气析出（OER）性能测试，采用的是标准的三电极体系，所制备的负载量约为1mg/cm2的NiCoFe/NF直接作为工作电极，碳棒为对电极，氧化汞电极为参比电极；1mol/L氢氧化钾溶液为电解液。测试结果表明在电流密度为10mA/cm2时，相对于可逆氢电极的过电位仅为252mV，经过长时间的稳定性测试后电流密度无明显衰减。
本发明的有益成果：
本发明提供了一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法及其氧气析出应用，该催化剂具有制备过程简单，原料廉价易得并可大规模制备的特点，电催化性能要优于传统的RuO2等贵金属催化剂，在电流密度为10mA/cm2时，过电势仅为252mV，同时具有优异的长期稳定性和较小的电荷转移电阻。该催化剂的优异性能得益于其独特的纳米片状结构，该结构具有大的比表面积，可以暴露出更多的活性位点，加快了物质传输和电荷传递，从而具有优异的析氧性能。
附图说明
以下将结合附图和具体实施例对本发明作出进一步的解释和详细说明。
图1：a为洁净泡沫镍（NF）的扫描电镜图；b为NiCo/NF的扫描电镜图；c为NiCoFe/NF的扫描电镜图；d为NiCoFe/NF的透射电镜图。
图2为NiCoFe/NF-X（X=0.5,1.0,2.0h），NiCo/NF和RuO2/NF的氧气析出LSV曲线。
图3为NiCoFe/NF，NiCo/NF和RuO2/NF的Tafel斜率曲线。
图4为NiCoFe/NF，NiCo/NF和RuO2/NF的EIS阻抗谱图。
图5：a为NiCoFe/NF的长期稳定性（95小时）测试；b为NiCoFe/NF测试前后的LSV曲线对比。
具体实施方式
实施例中所用到的泡沫镍需经过以下预处理：将裁好的泡沫镍（2*3cm）依次在1M盐酸，丙酮，无水乙醇和二次水中各超声清洗20分钟，将清洗好的泡沫镍置于真空干燥箱中60℃下烘干备用。
实施例1
（1）取0.60mmol乙酸镍，3.0mmol乙酸钴和10.0mmol 2-甲基咪唑溶解到40.0ml无水甲醇中，超声处理20分钟，使其充分溶解，然后转移到100ml的反应釜中并放入预处理后的泡沫镍，设置温度为130℃，反应时间为15小时，待反应结束使其自然冷却并将所得样品（NiCo/NF）用甲醇和二次水冲洗干净，自然晾干后备用。
（2）取0.75mmol硫酸亚铁溶于10.0ml二次水中，搅拌使其全部溶解，然后将上述步骤所得的NiCo/NF样品浸入其中，浸泡时间为0.5小时，结束后取出所得样品（NiCoFe/NF-0.5h）并用二次水冲洗干净，烘干后用于测试。
实施例2
（1）取0.60mmol乙酸镍，3.0mmol乙酸钴和10.0mmol 2-甲基咪唑溶解到40.0ml无水甲醇中，超声处理20分钟，使其充分溶解，然后转移到100ml的反应釜中并放入预处理后的泡沫镍，设置温度为130℃，反应时间为15小时，待反应结束使其自然冷却并将所得样品（NiCo/NF）用甲醇和二次水冲洗干净，自然晾干后备用。
（2）取0.75mmol硫酸亚铁溶于10.0ml二次水中，搅拌使其全部溶解，然后将上述步骤所得的NiCo/NF样品浸入其中，浸泡时间为1.0小时，结束后取出所得样品（NiCoFe/NF-1.0h）并用二次水冲洗干净，烘干后用于测试。
实施例3
（1）取0.60mmol乙酸镍，3.0mmol乙酸钴和10.0mmol 2-甲基咪唑溶解到40.0ml无水甲醇中，超声处理20分钟，使其充分溶解，然后转移到100ml的反应釜中并放入预处理后的泡沫镍，设置温度为130℃，反应时间为15小时，待反应结束使其自然冷却并将所得样品（NiCo/NF）用甲醇和二次水冲洗干净，自然晾干后备用。
（2）取0.75mmol硫酸亚铁溶于10.0ml二次水中，搅拌使其全部溶解，然后将上述步骤所得的NiCo/NF样品浸入其中，浸泡时间为2.0小时，结束后取出所得样品（NiCoFe/NF-2.0h）并用二次水冲洗干净，烘干后用于测试。
实施例4
（1）取0.60mmol乙酸镍，3.0mmol乙酸钴和10.0mmol 2-甲基咪唑溶解到40.0ml无水甲醇中，超声处理20分钟，使其充分溶解，然后转移到100ml的反应釜中并放入预处理后的泡沫镍，设置温度为130℃，反应时间为15小时，待反应结束使其自然冷却并将所得样品（NiCo/NF）用甲醇和二次水冲洗干净，自然晾干后用于测试。
如图1所示，图1a为洁净泡沫镍的扫描电镜图像，可以具有光滑平整的表面，图1b显示Ni掺杂的Co-MOF颗粒以错乱的方式生长到泡沫镍表面，从图1c可以看出，在引入铁元素之后，泡沫镍的表面发生了显著变化，形成了分层的薄片状结构，并且片层之间存在一定的空隙，这一特殊结构对电子的传输和氧气的扩散十分有利，图1d为NiCoFe/NF的透射电镜图，这也进一步证实了所形成的为薄片状纳米结构。
如图2所示，在引入Fe元素后催化活性得到大幅提升，远优于商业RuO2催化剂，同时也可看出浸泡时间对所制备催化剂的催化活性有着显著的影响，在浸泡时间为1小时时，所的催化剂具有最优的催化活性，在电流密度为10mA/cm2时，过电势仅为252mV。
如图3所示，NiCoFe/NF的Tafel斜率仅为44.6mV·dec-1，证明其具有快速的OER动力学过程。
如图4所示，NiCoFe/NF具有最小的电荷转移电阻，进一步证明了该催化剂具有快速的电荷转移能力。
如图5所示，图5a是NiCoFe/NF的长期稳定性测试曲线，在经过95个小时连续的氧气析出反应，电流密度几乎没有衰减，同时通过比较稳定性测试前后的LSV曲线，可以看出催化剂的活性得到很好的保持，证明了该催化剂具有优异的稳定性。以上测试结果表明使用本方法制备的NiCoFe/NF电催化剂具有优良的OER性能。
Claims (6)
1.一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法，其特征在于：所述制备方法包含以下步骤：将预处理后的泡沫镍与含有乙酸镍、乙酸钴和2-甲基咪唑的无水甲醇溶液进行水热反应，然后将所得NiCo/NF样品浸入到硫酸亚铁的水溶液中，室温条件下使其进行自发的金属阳离子置换反应，真空干燥箱烘干后即制得非贵金属NiCoFe/NF电催化剂；
所述预处理具体为：将泡沫镍依次在1M盐酸、丙酮、无水乙醇和二次水中进行超声清洗，并将其置于真空干燥箱中60℃下烘干备用。
2.如权利要求1所述的一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法，其特征在于：所述乙酸镍的加入量为0.60mmol，所述乙酸钴的加入量为3.0mmol，所述2-甲基咪唑的加入量为10.0mmol，无水甲醇的加入量为40.0ml。
3.如权利要求1所述的一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法，其特征在于：所述水热反应时间为15小时，水热反应温度为130℃。
4.如权利要求1所述的一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法，其特征在于：所述硫酸亚铁的加入量为0.75mmol，用于配置所述硫酸亚铁的水溶液的二次水的加入量为10.0ml。
5.如权利要求2所述的一种非贵金属NiCoFe/NF电催化剂的制备方法，其特征在于：在硫酸亚铁的水溶液中的浸泡时间为0.5h-2.0h。
6.权利要求1-5任一项所述的制备方法所制备的非贵金属NiCoFe/NF电催化剂在氧气析出反应的应用，其特征在于：作为电催化剂用于碱性条件下的氧气析出反应。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017093754A1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | Imperial Innovations Limited | Fuel cell for wastewater treatment |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2017093754A1 (en) * | 2015-12-02 | 2017-06-08 | Imperial Innovations Limited | Fuel cell for wastewater treatment |
| CN108283926A (zh) * | 2018-01-10 | 2018-07-17 | 青岛大学 | 一种原位生长在泡沫镍上具有片状结构的镍铁双金属氢氧化物制备方法 |
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Non-Patent Citations (2)
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| Modular and Stepwise Synthesis of a Hybrid Metal−Organic Framework for Efficient Electrocatalytic Oxygen Evolution;Jian-Qiang Shen，et al.;《J. Am. Chem. Soc.》;20170123;第139卷(第5期);第1778-1781页,论文补充材料第S1-S36页 * |
| MOF derived Ni/Co/NC catalysts with enhanced properties for oxygen evolution reaction;Hu, Jiapeng，et al.;《JOURNAL OF SOLID STATE CHEMISTRY》;20171226;第259卷;第1-4页 * |
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