CN110538657B - 一种铁镍层状双氢氧化物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备高效析氧催化剂的制备方法，首先采用水热法制备出铁镍层状双氢氧化物（FeNi‑LDH），将其在缺氧气氛下煅烧2~10小时后，得到表面富含丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物（Vo‑FeNi‑LDH）催化剂。本发明制备成本低、制备过程方便简单、高效。表面丰富的氧空位大大提高了LDH的电子传输能力，Vo‑FeNi‑LDH作为电解水的析氧催化剂，析氧过电位小、塔菲尔斜率低、具有很高的动力学势能、而且表面活性位点大大增高，是一种良好的电解水析氧催化剂。
Description
技术领域
本发明属于电化学催化和能源技术领域，涉及到一种电解水析氧催化剂的制备方法，具体涉及一种表面富含氧空位的镍铁层状双氢氧化物的高效析氧催化剂的制备。
背景技术
在电解水技术中，电催化分解水产氧产氢不仅可以满足人们对氢能源的需求，同时此反应避免了氢能源储存困难的难题，产物燃烧依然是水，这样一个简单可循环、无副产物、无污染的反应在未来生活将会扮演十分重要的角色。电催化分解水反应主要由产氢反应(hydrogen evolution reaction，HER)和产氧反应(oxygen evolution reaction，OER)两个半反应组成。其中析氢反应是一个相对简单的反应，在较低的过电势下，许多金属都可以发生析氢反应。析氧反应则相反，它的本质更加复杂，具有缓慢的析氧动力学，因为它牵涉到一个四电子转移过程，因此，发展高效且稳定的析氧反应催化剂来加快反应和动力学的进行，从而提高能量转换效率是当前的研究重点。
催化剂能够使电解水的活化能大大降低，从而降低电解水的过电势。催化剂的优劣决定了电解水所需要的总电压以及电能转换为氢能的转化效率。目前，电解水阳极析氧催化剂材料主要采用贵金属Ir和Ru，阴极析氢催化剂材料主要采用贵金属Pt。由于贵金属分布稀少，价格昂贵，使得电解水的成本仍然无法降低，因此迫切需要开发高效的电解水非贵金属催化剂材料来推动电解水析氧的动力学过程，降低电能的消耗，从而实现廉价高效制氢。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种制备高效析氧催化剂的制备方法，降低电解水析氧过电位同时提高其反应动力学。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种制备高效析氧催化剂的方法，包括以下步骤：
（a）铁镍层状双氢氧化物的制备
在室温下，取适量铁盐和镍盐加入去离子水中，混合搅拌一定时间，接着加入适量尿素，继续搅拌一定时长；最后加入微量柠檬酸三钠，搅拌均匀后，装入聚四氟乙烯内衬中。将内衬放入不锈钢反应釜容器，密封，放置在150℃的烘箱中，恒温24 ~ 48小时，随后自然冷却至室温，得到浅黄色沉淀。将所得沉淀分别用去离子水，乙醇离心清洗数次，在60 ~ 80℃的烘箱中烘干，即得到铁镍层状双氢氧化物（FeNi-LDH）。
（b）含有丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物的制备
将（a）步骤制备的FeNi-LDH样品放进管式炉中在缺氧气氛中，150 ~ 220℃下保温2 ~ 10小时，得到含有丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物（Vo-FeNi-LDH）。
优选的，所述步骤（a）中铁盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁；镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍。
优选的，所述步骤（a）中摩尔比为铁盐:镍盐=1: 2 ~ 6。
优选的，所述步骤（a）中摩尔比为金属盐:尿素=1: 5 ~ 10。
所述步骤（b）所述的缺氧气氛为氮气。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明所采用的工艺简单、高效，对设备要求低，易于实施，制备成本低；
（2）本发明制备出的Vo-FeNi-LDH析氧催化剂具有丰富的氧空位、析氧过电位小、塔菲尔斜率低、具有很高的反应动力学、而且表面活性位点大大增高，是一种良好的电解水析氧催化剂。而且其性能明显高于FeNi-LDH，并且具有很好的稳定性。
附图说明
图1是实施例1和对比例1所制备的催化剂的XRD图；
图2是对比例1中所制备的FeNi-LDH催化剂的扫描电镜照片；
图3是实施例1中所制备的Vo-FeNi-LDH催化剂的扫描电镜照片；
图4是实施例1和对比例1所制备的催化剂的氧元素的高分辨XPS图谱；
图5是实施例1和对比例1所制备的催化剂的线性扫描伏安曲线；
图6是实施例1和对比例1所制备的催化剂的塔菲尔曲线；
图7是实施例1和对比例1所制备的催化剂的阻抗曲线；
图8是实施例1和对比例1所制备的催化剂的计时电流法曲线与计时电位法曲线。
具体实施方式
本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1
催化剂化学式Vo-FeNi-LDH，其制备过程包括以下步骤：
（1）FeNi-LDH的制备
在室温下，取0.1 mmol的Fe(NO3)3·9H2O和0.4 mmol的 Ni(NO3)2·6H2O加入40ml去离子水中，混合搅拌一定时间，接着加入2.5 mmol尿素，继续搅拌一定时长；最后加入0.1mmol的柠檬酸三钠，搅拌均匀后，装入80 ml聚四氟乙烯内衬中。将内衬放入不锈钢反应釜容器，密封，放置在150℃的烘箱中，恒温24小时，随后自然冷却至室温，得到浅黄色沉淀。将所得沉淀分别用去离子水，乙醇离心清洗数次，60℃的烘箱中烘干，即得到铁镍层状双氢氧化物（FeNi-LDH），研磨待用。
（2）Vo-FeNi-LDH的制备
将上述制备的FeNi-LDH样品放进管式炉中在饱和氮气气氛中，加热至220℃下保温4小时，得到含有丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物（Vo-FeNi-LDH）。
实施例2
催化剂化学式Vo-FeNi-LDH，其制备过程包括以下步骤：
（1）FeNi-LDH的制备
在室温下，取0.16 mmol的Fe(NO3)3·9H2O和0.64 mmol的NiCl2·6H2O加入40ml去离子水中，混合搅拌一定时间，接着加入4 mmol尿素，继续搅拌一定时长；最后加入0.3mmol的柠檬酸三钠，搅拌均匀后，装入80 ml聚四氟乙烯内衬中。将内衬放入不锈钢反应釜容器，密封，放置在150℃的烘箱中，恒温48小时，随后自然冷却至室温，得到浅黄色沉淀。将所得沉淀分别用去离子水，乙醇离心清洗数次，在60℃的烘箱中烘干，即得到铁镍层状双氢氧化物（FeNi-LDH），研磨待用。
（2）Vo-FeNi-LDH的制备
将上述制备的FeNi-LDH样品放进管式炉中在饱和氮气气氛中，加热至200℃下保温2小时，得到含有丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物（Vo-FeNi-LDH）。
实施例3
催化剂化学式Vo-FeNi-LDH，其制备过程包括以下步骤：
（1）FeNi-LDH的制备
在室温下，取0.1 mmol的Fe(NO3)3·9H2O和0.4 mmol的NiCl2·6H2O加入40ml去离子水中，混合搅拌一定时间，接着加入2.5 mmol尿素，继续搅拌一定时长；最后加入0.1mmol的柠檬酸三钠，搅拌均匀后，装入80 ml聚四氟乙烯内衬中。将内衬放入不锈钢反应釜容器，密封，放置在150℃的烘箱中，恒温24小时，随后自然冷却至室温，得到浅黄色沉淀。将所得沉淀分别用去离子水，乙醇离心清洗数次，在60℃的烘箱中烘干，即得到铁镍层状双氢氧化物（FeNi-LDH），研磨待用。
（2）Vo-FeNi-LDH的制备
将上述制备的FeNi-LDH样品放进管式炉中在饱和氮气气氛中，加热至180℃下保温4小时，得到含有丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物（Vo-FeNi-LDH）。
对比例1
催化剂化学式：FeNi-LDH，其制备过程包括以下步骤：
FeNi-LDH的制备
在室温下，取0.1 mmol的Fe(NO3)3·9H2O和0.4 mmol的 Ni(NO3)2·6H2O加入40ml去离子水中，混合搅拌一定时间，接着加入2.5 mmol尿素，继续搅拌一定时长；最后加入0.1mmol的柠檬酸三钠，搅拌均匀后，装入80 ml聚四氟乙烯内衬中。将内衬放入不锈钢反应釜容器，密封，放置在150℃的烘箱中，恒温24小时，随后自然冷却至室温，得到浅黄色沉淀。将所得沉淀分别用去离子水，乙醇离心清洗数次，在60℃的烘箱中烘干，即得到铁镍层状双氢氧化物（FeNi-LDH）。
工作电极表面修饰方法如下：
首先将直径3mm玻碳电极在金相砂纸上打磨，再分别用1.0，0.3，0.05μm的γ-Al2O3抛光粉在麂皮纸上逐级抛光玻碳电极，直至抛光呈镜面。将玻碳电极分别在去离子水和乙醇中超声清洗5min，在铁氰化钾和氯化钾溶液中进行表面平整度测试，直到玻碳电极表面平整度达到要求为止。精确秤取要测试的催化剂5mg，加入到1ml无水乙醇中，再加入5wt% Nafion溶液20ul，超声分散30min,用移液枪取5μl滴加到玻碳电极的表面，室温下待其干燥。
利用循环伏安法对Vo-FeNi-LDH催化剂进行表征：
采用三电极体系，工作电极为修饰后的玻碳电极，对电极为铂丝电极，参比电极为Ag/AgCl电极。电解液为1 mol/L KOH溶液。实验测试温度为25±1 ℃。电化学测试在辰华660e工作站上进行。
线性扫描伏安曲线测试：扫描速率为5mV/s，电极电势均进行iR校正，并换算成相对于可逆氢电极（RHE）的电极电势，其计算公式为：E（RHE）=电极电势+0.059×pH+0.197。
塔菲尔斜率的测试：根据塔菲尔方程（η=blogj+a）计算塔菲尔斜率b，其中η表示过电势，j表示电流密度，b则代表塔菲尔斜率。
稳定性测试采用恒电位条件下测试和恒电流条件下测试。
电化学阻抗（EIS）的测试：设置相应参数为：0.01Hz ~ 105Hz频率变化，振幅为5mV，直流电压条件下保持开路电压。
对本实施例1和对比例1中所述的FeNi-LDH及Vo-FeNi-LDH进行结构和性能表征：
从图1的XRD图可以看出，FeNi-LDH经过在氮气下加热后，成为高效的Vo-FeNi-LDH，其物相结构并未发生变化；比较图2和图3的扫描电镜图可以发现，Vo-FeNi-LDH仍然是经典的层片状结构，但是分散得更为均匀，这也使Vo-FeNi-LDH比表面积更大，从而推测其具有更好的析氧效果；从图4的氧元素窄谱可以看出，531.9eV处表示的是氧空位的峰，氧空位的相对量可以通过拟合出的氧空位峰占总峰的面积比来确定，经过计算可以得出，FeNi-LDH的氧空位含量有4.3%，经过氮气气氛下的保温处理的Vo-FeNi-LDH的氧空位含量大大提升至12.5%；图5的线性扫描伏安曲线真实的反应出了氧空位的引入带来的析氧性能变化，在电流密度相等的情况下，Vo-FeNi-LDH过电势远小于FeNi-LDH，这说明了丰富的氧空位让Vo-FeNi-LDH具有更高的电子传输能力，使其析氧能力大大提升；图6的塔菲尔曲线也可以看到，丰富的氧空位让Vo-FeNi-LDH拥有更小的塔菲尔斜率，即有着比FeNi-LDH更大的反应动力势；图7的阻抗曲线也清楚的显示出丰富的氧空位让Vo-FeNi-LDH具有更高的电子传输能力，拥有更小的阻抗。图8的计时电流法曲线与计时电位法曲线也证实了Vo-FeNi-LDH高效析氧催化剂具有优良的稳定性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种铁镍层状双氢氧化物的制备方法，其特征在于：采用水热法制备出铁镍层状双氢氧化物，将其放置于缺氧状态中，在层状双氢氧化物不发生热分解的温度下保温，获得表面含有丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物；
具体步骤如下：
（1）铁镍层状双氢氧化物的制备
室温下，在去离子水中加入铁盐和镍盐，搅拌均匀，接着加入尿素，搅拌均匀；最后加入柠檬酸三钠，搅拌均匀后，装入聚四氟乙烯内衬中；将内衬放入不锈钢反应釜，密封，放置在150℃的烘箱中，恒温24 ~ 48小时，随后自然冷却至室温，得到浅黄色沉淀；将所得沉淀分别用去离子水、乙醇离心清洗数次，60 ~ 80℃烘干，得到铁镍层状双氢氧化物FeNi-LDH；
（2）表面含有丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物的制备
将步骤（1）制备的FeNi-LDH样品放进管式炉中，在饱和氮气气氛中，150 ~ 220℃保温2~ 10小时，得到表面含有丰富氧空位的铁镍层状双氢氧化物Vo-FeNi-LDH。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中铁盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁中的一种或多种；镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中铁盐与镍盐的摩尔比为1: 2 ~6。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤（1）中金属盐与尿素的摩尔比为1: 5~ 10。
5.一种如权利要求1所述的方法制得的铁镍层状双氢氧化物。
6.一种如权利要求1所述的方法制得的铁镍层状双氢氧化物的应用，其特征在于：铁镍层状双氢氧化物作为电解水析氧催化剂。
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| CN105016399A (zh) * | 2015-07-17 | 2015-11-04 | 上海交通大学 | 由纳米薄片组装的镍铁氢氧化物多级微球及其制备方法 |
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| Ni3Fe层状双羟基化合物的水热合成与电化学产氧催化性能研究;刘甜等;《当代化工》;20181231;第47卷(第12期);第1.1节、第2.3节 * |
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