CN110721752A - 一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法 - Google Patents

一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电解水析氧催化剂技术领域，且公开了一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，包括以下配方原料：氯化钴、氯化锌、硝酸镍、柠檬酸、三聚氰胺、3,5‑二硝基苯甲酰胺。该一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，Ni0.1‑0.8Zn2Co2.2‑2.9O6具有可移动Zn2+和Co3+，使其具有优异的电导率和导电性，促进了电荷和金属离子的传输和扩散，促进了析氧反应的正向进行，并且Ni掺杂进入Zn2Co3O6分子晶型的缺陷和孔隙中，修复了Zn2Co3O6的晶型结构，降低了Ni0.1‑0.8Zn2Co2.2‑ 2.9O6的电阻率，3,5‑二硝基聚苯甲酰具有优异的导电性能，并且拥有良好的电极介孔率，加速了电解反应的平衡转化率，聚苯甲酰胺包覆的Ni0.1‑0.8Zn2Co2.2‑2.9O6，避免了其与电解质的直接接触，提高了催化剂的实用性和使用寿命。

Description

一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法
技术领域
本发明涉及电解水析氧催化剂技术领域，具体为一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法。
背景技术
氢能源是一种清洁高效的可再生能源，电解水制氢是实现工业化制备氢气的重要方式，电解水过程包括析氢和析氧两个过程，而析氧反应过程由于动力学因素的制约很难实现，成为了电解水制氢的瓶颈，主要是通过析氧催化剂如IrO2和RuO2等贵金属促进析氧反应的进程，但是贵金属催化剂含量稀少，制备困难，价格昂贵，大大增加了电解水制氢的成本，寻找价格低廉和储量丰富的非贵金属催化剂成为近年来研究的热点。
非贵金属催化剂如硫化物、硒化物、磷化物、过渡金属氧化物等成本较低，并且具有良好的析氧过电位和耐久性，在电解水析氧制氢工艺中具有很大的应用潜力，但是非贵金属有很多缺点，如基体容易团聚，降低了比表面积和活性位点，电导率较低，导电性能较差，并且氧化-还原过电位并不理想，析氧过程不能达到预期，大大降低了析氧催化剂的实用性。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，解决基体容易团聚，降低了比表面积和活性位点的问题，同时又解决了催化剂的电导率较低，导电性能较差，并且氧化-还原过电位不高，不能很好的促进析氧反应的正向进行的问题。
（二）技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：12-15份氯化钴、9-12份氯化锌、2-5份硝酸镍、6-8份柠檬酸、11-14份三聚氰胺、24-40份3,5-二硝基苯甲酰胺、20-22份引发剂、制法包括以及以下实验药品：稀盐酸、蒸馏水、无水乙醇。
优选的，所述引发剂为过硫酸铵，与3,5-二硝基苯甲酰胺质量比为1:1.1-2.0。
优选的，所述稀盐酸物质的量浓度为0.8-1.95 mol/L，质量分数为3-7%。
优选的，所述聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Z Zn2Co3O6析氧催化剂制备方法包括以下步骤：
（1）制备Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6：向高温水热反应釜中加入400-800 mL蒸馏水和100-200mL无水乙醇，再依次加入12-15份氯化钴、9-12份氯化锌和2-5份硝酸镍，均匀搅拌至固体溶解，加入6-8份柠檬酸和11-14份三聚氰胺，将反应釜置于烘箱中加热至120-130 ℃，反应6-10 h，反应结束后将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤干净置于烘箱中充分干燥水分，将产物置于管式电阻炉中，升温速率为10 ℃/min，升温至680-700 ℃并保持温度煅烧4-5 h，然后在680-700 ℃下退火3-4h，并依次使用200-300 mL物质的量浓度为0.8-1.95 mol/L的稀盐酸和适量的蒸馏水洗涤固体产物，洗涤干净置于烘箱中加热置90-110 ℃充分干燥水分，得到Ni0.1-0.8Zn2Co2.2- 2.9O6。
（2）原位法制备基于聚苯甲酰包覆Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6的析氧催化剂：向高温水热反应釜中加入500-800 mL乙二醇和200-300 mL蒸馏水，再加入24-40份3,5-二硝基苯甲酰胺和上述步骤（1）制得的Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6，匀速搅拌均匀后再加入20-22份引发剂，将反应釜置于烘箱中加热至150-160 ℃，反应12-18 h，反应结束后将物料冷却至室温，过滤除去溶剂得到混合固体物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤固体混合物，并置于烘箱中加热充分干燥，得到聚苯甲酰包覆Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6的析氧催化剂。
优选的，所述硝酸镍、氯化锌和氯化钴的质量比为1:2.4-4.5:3-6。
优选的，所述柠檬酸与三聚氰胺质量比为1:1.7-1.85。
优选的，所述制备聚苯甲酰胺反应方程式如下：
（三）有益的技术效果
与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果：
1、该一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，使用Ni0.1- 0.8Zn2Co2.2-2.9O6作为催化剂的基体成分，Zn2Co3O6具有可移动的金属Zn2+和Co3+，使其具有优异的电导率和导电性，在电池的充放电过程中，促进了电荷和金属离子的传输和扩散，对电化学析氧反应活性具有良好的改善效果，并且Ni掺杂进入Zn2Co3O6分子晶型的缺陷和孔隙中，降低了Zn2Co3O6的电阻率，并且修复了Zn2Co3O6的晶型结构，使其结构更加稳定，在实际使用过程中增强了化学稳定性，提高了材料的倍率性能和电化学稳定性，同时Ni掺杂的Zn2Co3O6相比于传统的金属氧化物催化剂，其具有较低的本征反应氧化还原过电位，从而产生优异的催化性能，促进了析氧反应的正向进行，当电流密度为0.5A·cm-1时，该电解反应的电池峰值功率密度达到0.554-0.563/Wcm-2，析氧速率为1.75-1.84 NL·h-1，产氢速率为1.57-1.66 NL·h-1，水转化效率达到57.5-59.1%。
2、该一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，通过加入3,5-二硝基聚苯甲酰胺包覆Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6，3,5-二硝基聚苯甲酰具有优异的导电性能，其结构具有大量的孔隙和通道，为电荷和金属离子通过了传输和扩散的通道，并且3,5-二硝基聚苯甲酰拥有良好的电极介孔率，使电解过程的反应产物能够快速的通过3,5-二硝基聚苯甲酰进入电解质，加速了电解反应的平衡转化率，促进了电解反应的正向进行，3,5-二硝基聚苯甲酰两个强吸电子基团硝基，降低了苯甲酰基与苯环相邻碳原子的电子云密度，从而使3,5-二硝基聚苯甲酰胺产生化学惰性，提高了其的化学稳定性，并且聚苯甲酰胺包覆的Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6，避免了其与电解质的直接接触，而导致催化剂直接分解的现象，提高了催化剂的实用性和使用寿命。
具体实施方式
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料：12-15份氯化钴、9-12份氯化锌、2-5份硝酸镍、6-8份柠檬酸、11-14份三聚氰胺、24-40份3,5-二硝基苯甲酰胺、20-22份引发剂、制法包括以及以下实验药品：稀盐酸、蒸馏水、无水乙醇，引发剂为过硫酸铵，与3,5-二硝基苯甲酰胺质量比为1:1.1-2.0，稀盐酸物质的量浓度为0.8-1.95 mol/L，质量分数为3-7%。
聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Z Zn2Co3O6析氧催化剂制备方法包括以下步骤：
（1）制备Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6：向高温水热反应釜中加入400-800 mL蒸馏水和100-200mL无水乙醇，再依次加入12-15份氯化钴、9-12份氯化锌和2-5份硝酸镍，硝酸镍、氯化锌和氯化钴的质量比为1:2.4-4.5:3-6，均匀搅拌至固体溶解，加入6-8份柠檬酸和11-14份三聚氰胺，柠檬酸与三聚氰胺质量比为1:1.7-1.85，将反应釜置于烘箱中加热至120-130 ℃，反应6-10 h，反应结束后将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤干净置于烘箱中充分干燥水分，将产物置于管式电阻炉中，升温速率为10 ℃/min，升温至680-700 ℃并保持温度煅烧4-5 h，然后在680-700 ℃下退火3-4 h，并依次使用200-300 mL物质的量浓度为0.8-1.95 mol/L的稀盐酸和适量的蒸馏水洗涤固体产物，洗涤干净置于烘箱中加热置90-110 ℃充分干燥水分，得到Ni0.1- 0.8Zn2Co2.2-2.9O6。
（2）原位法制备基于聚苯甲酰包覆Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6的析氧催化剂：向高温水热反应釜中加入500-800 mL乙二醇和200-300 mL蒸馏水，再加入24-40份3,5-二硝基苯甲酰胺和上述步骤（1）制得的Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6，匀速搅拌均匀后再加入20-22份引发剂，将反应釜置于烘箱中加热至150-160 ℃，反应12-18 h，反应结束后将物料冷却至室温，过滤除去溶剂得到混合固体物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤固体混合物，并置于烘箱中加热充分干燥，得到聚苯甲酰包覆Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6的析氧催化剂，制备聚苯甲酰胺反应方程式如下：
Figure 957267DEST_PATH_IMAGE001
实施例1：
（1）制备Ni0.1Zn2Co2.9O6：向高温水热反应釜中加入400 mL蒸馏水和100 mL无水乙醇，再依次加入12份氯化钴、9份氯化锌和2份硝酸镍，均匀搅拌至固体溶解，加入6份柠檬酸和11份三聚氰胺，将反应釜置于烘箱中加热至120 ℃，反应6 h，反应结束后将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤干净置于烘箱中充分干燥水分，将产物置于管式电阻炉中，升温速率为10 ℃/min，升温至680 ℃并保持温度煅烧4 h，然后在680 ℃下退火3 h，并依次使用200 mL物质的量浓度为0.8 mol/L的稀盐酸和适量的蒸馏水洗涤固体产物，洗涤干净置于烘箱中加热置90 ℃充分干燥水分，得到Ni0.1Zn2Co2.9O6组分1。
（2）原位法制备基于聚苯甲酰包覆Ni0.1Zn2Co2.9O6的析氧催化剂：向高温水热反应釜中加入500 mL乙二醇和200 mL蒸馏水，再加入40份3,5-二硝基苯甲酰胺和上述步骤（1）制得的Ni0.1Zn2Co2.9O6组分1，匀速搅拌均匀后再加入20份引发剂，将反应釜置于烘箱中加热至150 ℃，反应12 h，反应结束后将物料冷却至室温，过滤除去溶剂得到混合固体物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤固体混合物，并置于烘箱中加热充分干燥，得到聚苯甲酰包覆Ni0.1Zn2Co2.9O6的析氧催化剂组分1，制备聚苯甲酰胺反应方程式如下：
Figure 815633DEST_PATH_IMAGE002
实施例2：
（1）制备Ni0.3Zn2Co2.7O6：向高温水热反应釜中加入400 mL蒸馏水和100 mL无水乙醇，再依次加入12.5份氯化钴、9.5份氯化锌和2.5份硝酸镍，均匀搅拌至固体溶解，加入6.5份柠檬酸和11.5份三聚氰胺，将反应釜置于烘箱中加热至120 ℃，反应8 h，反应结束后将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤干净置于烘箱中充分干燥水分，将产物置于管式电阻炉中，升温速率为10 ℃/min，升温至680 ℃并保持温度煅烧4 h，然后在680 ℃下退火3 h，并依次使用200 mL物质的量浓度为1.2 mol/L的稀盐酸和适量的蒸馏水洗涤固体产物，洗涤干净置于烘箱中加热置90 ℃充分干燥水分，得到Ni0.3Zn2Co2.7O6组分2。
（2）原位法制备基于聚苯甲酰包覆Ni0.3Zn2Co2.7O6的析氧催化剂：向高温水热反应釜中加入500 mL乙二醇和200 mL蒸馏水，再加入37份3,5-二硝基苯甲酰胺和上述步骤（1）制得的Ni0.3Zn2Co2.7O6组分2，匀速搅拌均匀后再加入20.5份引发剂，将反应釜置于烘箱中加热至155 ℃，反应12 h，反应结束后将物料冷却至室温，过滤除去溶剂得到混合固体物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤固体混合物，并置于烘箱中加热充分干燥，得到聚苯甲酰包覆Ni0.3Zn2Co2.7O6的析氧催化剂组分2，制备聚苯甲酰胺反应方程式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE003
实施例3：
（1）制备Ni0.5Zn2Co2.5O6：向高温水热反应釜中加入600 mL蒸馏水和150 mL无水乙醇，再依次加入13份氯化钴、10份氯化锌和3份硝酸镍，均匀搅拌至固体溶解，加入7份柠檬酸和12份三聚氰胺，将反应釜置于烘箱中加热至125 ℃，反应8 h，反应结束后将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤干净置于烘箱中充分干燥水分，将产物置于管式电阻炉中，升温速率为10 ℃/min，升温至700 ℃并保持温度煅烧5 h，然后在700 ℃下退火4 h，并依次使用250 mL物质的量浓度为1.2 mol/L的稀盐酸和适量的蒸馏水洗涤固体产物，洗涤干净置于烘箱中加热置100 ℃充分干燥水分，得到Ni0.5Zn2Co2.5O6组分3。
（2）原位法制备基于聚苯甲酰包覆Ni0.5Zn2Co2.5O6的析氧催化剂：向高温水热反应釜中加入600 mL乙二醇和250 mL蒸馏水，再加入34份3,5-二硝基苯甲酰胺和上述步骤（1）制得的Ni0.5Zn2Co2.5O6组分3，匀速搅拌均匀后再加入21份引发剂，将反应釜置于烘箱中加热至160 ℃，反应16 h，反应结束后将物料冷却至室温，过滤除去溶剂得到混合固体物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤固体混合物，并置于烘箱中加热充分干燥，得到聚苯甲酰包覆Ni0.5Zn2Co2.5O6的析氧催化剂组分3，制备聚苯甲酰胺反应方程式如下：
Figure 882946DEST_PATH_IMAGE004
实施例4：
（1）制备Ni0.6Zn2Co2.4O6：向高温水热反应釜中加入600 mL蒸馏水和150 mL无水乙醇，再依次加入14份氯化钴、11份氯化锌和4份硝酸镍，均匀搅拌至固体溶解，加入7份柠檬酸和13份三聚氰胺，将反应釜置于烘箱中加热至130 ℃，反应10 h，反应结束后将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤干净置于烘箱中充分干燥水分，将产物置于管式电阻炉中，升温速率为10 ℃/min，升温至700 ℃并保持温度煅烧5 h，然后在700 ℃下退火4 h，并依次使用300 mL物质的量浓度为1.95 mol/L的稀盐酸和适量的蒸馏水洗涤固体产物，洗涤干净置于烘箱中加热置110 ℃充分干燥水分，得到Ni0.6Zn2Co2.4O6组分4。
（2）原位法制备基于聚苯甲酰包覆Ni0.6Zn2Co2.4O6的析氧催化剂：向高温水热反应釜中加入800 mL乙二醇和300 mL蒸馏水，再加入30份3,5-二硝基苯甲酰胺和上述步骤（1）制得的Ni4Zn2Co2.6O6组分4，匀速搅拌均匀后再加入21份引发剂，将反应釜置于烘箱中加热至160 ℃，反应16 h，反应结束后将物料冷却至室温，过滤除去溶剂得到混合固体物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤固体混合物，并置于烘箱中加热充分干燥，得到聚苯甲酰包覆Ni0.6Zn2Co2.4O6的析氧催化剂组分4，制备聚苯甲酰胺反应方程式如下：
实施例5：
（1）制备Ni0.8Zn2Co2.2O6：向高温水热反应釜中加入800 mL蒸馏水和200 mL无水乙醇，再依次加入15份氯化钴、12份氯化锌和5份硝酸镍，均匀搅拌至固体溶解，加入8份柠檬酸和14份三聚氰胺，将反应釜置于烘箱中加热至130 ℃，反应10 h，反应结束后将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤干净置于烘箱中充分干燥水分，将产物置于管式电阻炉中，升温速率为10 ℃/min，升温至700 ℃并保持温度煅烧5 h，然后在700 ℃下退火4 h，并依次使用300 mL物质的量浓度为1.95 mol/L的稀盐酸和适量的蒸馏水洗涤固体产物，洗涤干净置于烘箱中加热置110 ℃充分干燥水分，得到Ni0.8Zn2Co2.2O6组分5。
(2)原位法制备基于聚苯甲酰包覆Ni0.8Zn2Co2.2O6的析氧催化剂：向高温 水热反应釜中加入800mL乙二醇和300mL蒸馏水，再加入24份3,5-二硝基苯 甲酰胺和上述步骤(1)制得的Ni0.5Zn2Co2.5O6组分5，匀速搅拌均匀后再加入 22份引发剂，将反应釜置于烘箱中加热至160℃，反应18h，反应结束后将物 料冷却至室温，过滤除去溶剂得到混合固体物，依次使用适量的无水乙醇和蒸 馏水洗涤固体混合物，并置于烘箱中加热充分干燥，得到聚苯甲酰包覆 Ni0.8Zn2Co2.2O6的析氧催化剂组分5，制备聚苯甲酰胺反应方程式如下：
Figure RE-GDA0002318934160000091
分别将实施例1-5与适量的聚偏氟乙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮中并搅拌均 匀，分别均匀地涂抹在铂碳电极表面，通过干燥、辊压制备成电极，并通过循 环伏安法和恒电流充放电法对实施例1-5进行电化学析氢析氧性能测试，如表1 所示。
表1实施例1-5的电化学性能测试
项目 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
电流密度/A·cm<sup>-1</sup> 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5
电池峰值功率密度/Wcm<sup>-2</sup> 0.563 0.568 0.554 0.557 0.561
析氧速率/NL·h<sup>-1</sup> 1.82 1.84 1.79 1.75 1.81
产氢速率/NL·h<sup>-1</sup> 1.65 1.66 1.61 1.57 1.63
水分子转化率/% 57.5 59.1 58.4 58.3 57.8
综上所述，该一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，使用Ni0.1- 0.8Zn2Co2.2-2.9O6作为催化剂的基体成分，Zn2Co3O6具有可移动的金属Zn2+和Co3+，使其具有优异的电导率和导电性，在电池的充放电过程中，促进了电荷和金属离子的传输和扩散，对电化学析氧反应活性具有良好的改善效果，并且Ni掺杂进入Zn2Co3O6分子晶型的缺陷和孔隙中，降低了Zn2Co3O6的电阻率，并且修复了Zn2Co3O6的晶型结构，使其结构更加稳定，在实际使用过程中增强了化学稳定性，提高了材料的倍率性能和电化学稳定性，同时Ni掺杂的Zn2Co3O6相比于传统的金属氧化物催化剂，其具有较低的本征反应氧化还原过电位，从而产生优异的催化性能，促进了析氧反应的正向进行，当电流密度为0.5A·cm-1时，该电解反应的电池峰值功率密度达到0.554-0.563/Wcm-2，析氧速率为1.75-1.84 NL·h-1，产氢速率为1.57-1.66 NL·h-1，水转化效率达到57.5-59.1%。
该一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，通过加入3,5-二硝基聚苯甲酰胺包覆Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6，3,5-二硝基聚苯甲酰具有优异的导电性能，其结构具有大量的孔隙和通道，为电荷和金属离子通过了传输和扩散的通道，并且3,5-二硝基聚苯甲酰拥有良好的电极介孔率，使电解过程的反应产物能够快速的通过3,5-二硝基聚苯甲酰进入电解质，加速了电解反应的平衡转化率，促进了电解反应的正向进行，3,5-二硝基聚苯甲酰两个强吸电子基团硝基，降低了苯甲酰基与苯环相邻碳原子的电子云密度，从而使3,5-二硝基聚苯甲酰胺产生化学惰性，提高了其的化学稳定性，并且聚苯甲酰胺包覆的Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6，避免了其与电解质的直接接触，而导致催化剂直接分解的现象，提高了催化剂的实用性和使用寿命。

Claims (7)

1.一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，包括以下按重量份数计的配方原料，其特征在于：12-15份氯化钴、9-12份氯化锌、2-5份硝酸镍、6-8份柠檬酸、11-14份三聚氰胺、24-40份3,5-二硝基苯甲酰胺、20-22份引发剂、制法包括以及以下实验药品：稀盐酸、蒸馏水、无水乙醇。
2.根据权利要求1所述的一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，其特征在于：所述引发剂为过硫酸铵，与3,5-二硝基苯甲酰胺质量比为1:1.1-2.0。
3.根据权利要求1所述的一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，其特征在于：所述稀盐酸物质的量浓度为0.8-1.95 mol/L，质量分数为3-7%。
4.根据权利要求1所述的一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，其特征在于：所述聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Z Zn2Co3O6析氧催化剂制备方法包括以下步骤：
（1）制备Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6：向高温水热反应釜中加入400-800 mL蒸馏水和100-200mL无水乙醇，再依次加入12-15份氯化钴、9-12份氯化锌和2-5份硝酸镍，均匀搅拌至固体溶解，加入6-8份柠檬酸和11-14份三聚氰胺，将反应釜置于烘箱中加热至120-130 ℃，反应6-10 h，反应结束后将物料冷却至室温，并过滤除去溶剂得到固体产物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤，洗涤干净置于烘箱中充分干燥水分，将产物置于管式电阻炉中，升温速率为10 ℃/min，升温至680-700 ℃并保持温度煅烧4-5 h，然后在680-700 ℃下退火3-4h，并依次使用200-300 mL物质的量浓度为0.8-1.95 mol/L的稀盐酸和适量的蒸馏水洗涤固体产物，洗涤干净置于烘箱中加热置90-110 ℃充分干燥水分，得到Ni0.1-0.8Zn2Co2.2- 2.9O6；
（2）原位法制备基于聚苯甲酰包覆Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6的析氧催化剂：向高温水热反应釜中加入500-800 mL乙二醇和200-300 mL蒸馏水，再加入24-40份3,5-二硝基苯甲酰胺和上述步骤（1）制得的Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6，匀速搅拌均匀后再加入20-22份引发剂，将反应釜置于烘箱中加热至150-160 ℃，反应12-18 h，反应结束后将物料冷却至室温，过滤除去溶剂得到混合固体物，依次使用适量的无水乙醇和蒸馏水洗涤固体混合物，并置于烘箱中加热充分干燥，得到聚苯甲酰包覆Ni0.1-0.8Zn2Co2.2-2.9O6的析氧催化剂。
5.根据权利要求4所述的一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，其特征在于：所述硝酸镍、氯化锌和氯化钴的质量比为1:2.4-4.5:3-6。
6.根据权利要求4所述的一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，其特征在于：所述柠檬酸与三聚氰胺质量比为1:1.7-1.85。
7.根据权利要求4所述的一种聚苯甲酰胺包覆Ni掺杂Zn2Co3O6析氧催化剂及其制法，其特征在于：所述制备聚苯甲酰胺反应方程式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107305937A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 微宏动力系统（湖州）有限公司 一种芳香族聚酰胺复合隔膜、其制备方法及二次电池
CN107634198A (zh) * 2017-09-03 2018-01-26 河南师范大学 碱性二次电池负极材料[NixCuyFe2O4]及使用该负极材料的电池
CN108666587A (zh) * 2017-03-29 2018-10-16 北京纳米能源与系统研究所 电池正极催化剂材料及其制备方法和应用以及金属空气电池正极材料、金属空气电池
CN110336047A (zh) * 2019-07-16 2019-10-15 运城学院 镍钴硫化物/石墨烯复合材料锌空电池双功能催化剂的制备方法
CN110420631A (zh) * 2019-08-31 2019-11-08 厦门珉瑶贸易有限公司 一种钪掺杂氧化锌-钒酸铋复合光降解材料及其制法
CN110499024A (zh) * 2019-08-31 2019-11-26 厦门珉瑶贸易有限公司 一种铁氧体-石墨烯改性聚羧基吡咯吸波材料及其制法
CN110504433A (zh) * 2019-08-29 2019-11-26 杭州语茵科技有限公司 一种锂镧氧化物包覆锂离子电池三元正极材料及其制法
CN110511521A (zh) * 2019-08-16 2019-11-29 张贵勇 一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法
CN110773239A (zh) * 2019-10-25 2020-02-11 罗金标 一种Ag-C共掺杂TiO2-高氯酸吡喃盐光催化剂及其制法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107305937A (zh) * 2016-04-19 2017-10-31 微宏动力系统（湖州）有限公司 一种芳香族聚酰胺复合隔膜、其制备方法及二次电池
CN108666587A (zh) * 2017-03-29 2018-10-16 北京纳米能源与系统研究所 电池正极催化剂材料及其制备方法和应用以及金属空气电池正极材料、金属空气电池
CN107634198A (zh) * 2017-09-03 2018-01-26 河南师范大学 碱性二次电池负极材料[NixCuyFe2O4]及使用该负极材料的电池
CN110336047A (zh) * 2019-07-16 2019-10-15 运城学院 镍钴硫化物/石墨烯复合材料锌空电池双功能催化剂的制备方法
CN110511521A (zh) * 2019-08-16 2019-11-29 张贵勇 一种聚烯丙基苯甲酰胺-石墨烯水凝胶及其制法
CN110504433A (zh) * 2019-08-29 2019-11-26 杭州语茵科技有限公司 一种锂镧氧化物包覆锂离子电池三元正极材料及其制法
CN110420631A (zh) * 2019-08-31 2019-11-08 厦门珉瑶贸易有限公司 一种钪掺杂氧化锌-钒酸铋复合光降解材料及其制法
CN110499024A (zh) * 2019-08-31 2019-11-26 厦门珉瑶贸易有限公司 一种铁氧体-石墨烯改性聚羧基吡咯吸波材料及其制法
CN110773239A (zh) * 2019-10-25 2020-02-11 罗金标 一种Ag-C共掺杂TiO2-高氯酸吡喃盐光催化剂及其制法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴国窗: "聚对苯甲酰胺的新合成法", 《合成纤维工业》 *
张立红等: "《现代科学技术概论》", 31 January 2012 *
潘祖仁: "《高分子化学》", 30 June 1997 *
阚侃等: "《石墨层间复合材料制备及电容特性研究》", 30 June 2017 *

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