CN110735147B - 一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用 - Google Patents

一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110735147B
CN110735147B CN201910853928.7A CN201910853928A CN110735147B CN 110735147 B CN110735147 B CN 110735147B CN 201910853928 A CN201910853928 A CN 201910853928A CN 110735147 B CN110735147 B CN 110735147B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pba
cofe
solution
nanosheet array
array material
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.)
Active
Application number
CN201910853928.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110735147A (zh
Inventor
吴仁兵
费奔
陈子亮
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.)
Fudan University
Original Assignee
Fudan 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 Fudan University filed Critical Fudan University
Priority to CN201910853928.7A priority Critical patent/CN110735147B/zh
Publication of CN110735147A publication Critical patent/CN110735147A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110735147B publication Critical patent/CN110735147B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/1691—Coordination polymers, e.g. metal-organic frameworks [MOF]
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/16—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes
    • B01J31/18—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms
    • B01J31/1805—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing coordination complexes containing nitrogen, phosphorus, arsenic or antimony as complexing atoms, e.g. in pyridine ligands, or in resonance therewith, e.g. in isocyanide ligands C=N-R or as complexed central atoms the ligands containing nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33—Electric or magnetic properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/60—Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their surface properties or porosity
    • B01J35/64—Pore diameter
    • B01J35/643—Pore diameter less than 2 nm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/03—Precipitation; Co-precipitation
    • B01J37/031—Precipitation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00—Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/80—Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
    • B01J2531/84—Metals of the iron group
    • B01J2531/842—Iron
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2531/00—Additional information regarding catalytic systems classified in B01J31/00
    • B01J2531/80—Complexes comprising metals of Group VIII as the central metal
    • B01J2531/84—Metals of the iron group
    • B01J2531/845—Cobalt
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

本发明涉及一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用，材料制备方法包括以下步骤：1)将泡沫镍预处理后，作为基体；2)将Co(NO3)2·6H2O溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O溶液混合，之后在室温下搅拌至溶液浑浊，得到混合液；3)将基体放入至混合液中，静置反应2‑48h，经后处理即得到普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料；该材料作为催化剂，用于电解水反应中。与现有技术相比，本发明制备的超薄普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料不仅制备工艺简单，成本低廉，而且可在不同的电流密度下进行稳定高效的析氢反应、析氧反应和全水分解，在规模化制氢应用中具有巨大的潜在价值。

Description

一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用
技术领域
本发明属于材料、能源技术领域，涉及一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料、制备及其电解水应用。
背景技术
化石燃料的日益枯竭以及不断出现的环境问题正推动着氢能的快速发展。作为制取氢气的一种途径，电解水可以与光伏系统和风力涡轮机联用，以环保的方式将电能转化成稳定的化学能，是一种符合可持续发展的实用性技术，具有广阔的发展前景。在电解水过程中，主要发生两种电极半反应，即析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。然而由于这两种半反应的热力学和动力学过程中能垒的存在，其需要较高的过电势来驱动水分解。研究表明，为了解决上述问题，可以在电解水反应过程中引入高效的电催化剂以促进电子和质子的交换过程，从而降低反应能垒。目前，已开发的商业电催化剂主要是贵金属基电催化剂，如Pt基和Ir/Ru基催化剂等。然而，虽然这些贵金属基商业电催化剂具有高的催化活性，但是它们的自然界存储有限、成本高昂这一缺点，极大地制约了它们的规模化应用。因此，开发成本低廉、性能优越的非贵金属基电催化剂来替代贵金属基催化剂尤为关键。
普鲁士蓝类似物(PBA)作为金属有机骨架材料(MOFs)的一种，通过桥接金属离子中心和有机氰化物配体构成。其具有成本低廉，易于制备以及较好的物理/化学特性，如均匀的孔隙率、高比表面、多组分和形态可控等优势，使得其有望成为一种低成本高活性的电解水催化剂。但是由于PBA导电性差和活性位点利用率低等不足，其电催化性能远远低于贵金属的催化性能，限制了其进一步应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种超薄普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料(2D CoFe-PBA@NF)、制备及其电解水应用，其工艺高效稳定，工艺流程简单，有效节约能源，能作为电催化剂，催化析氢反应、析氧反应以及全水分解。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)将泡沫镍(NF)预处理后，作为基体；
2)将Co(NO3)2·6H2O溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O溶液混合，之后在室温下搅拌至溶液浑浊，得到混合液；
3)将基体放入至混合液中，静置反应2-48h，经后处理即得到所述的普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料。
进一步地，步骤1)中，所述的预处理过程为：先将泡沫镍超声清洗，之后进行烘干。
进一步地，所述的超声清洗过程为：依次用丙酮、乙醇、去离子水作为清洗剂，分别超声清洗10-20min；所述的烘干过程中，温度为50-70℃，时间为4-8h。
进一步地，步骤2)中，所述的Co(NO3)2·6H2O溶液为Co(NO3)2·6H2O的水溶液，所述的Na2Fe(CN)5NO·H2O溶液为Na2Fe(CN)5NO·H2O的水溶液，并且所述的Co(NO3)2·6H2O与Na2Fe(CN)5NO·H2O的摩尔比为(2-4):(1-3)。
进一步地，步骤2)中，所述的搅拌时间为0.5-2min。
进一步地，步骤3)中，所述的后处理过程为：先将反应后的基体用水冲洗，之后在50-70℃下干燥10-15h。
一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料，该材料采用所述的方法制备而成。
进一步地，该材料具有立方普鲁士蓝结构，孔径为
Figure BDA0002197743210000021
一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料的应用，所述的材料作为催化剂，用于电解水反应中。该材料可用作常规条件下电解水的析氢反应、析氧反应以及全水分解应用中。
本发明制备的2D CoFe-PBA@NF作为电催化剂，用于催化析氢反应过程时，具体步骤为：将制备好的2D CoFe-PBA@NF电催化剂作为工作电极，以Hg/HgO作为参比电极，碳棒作为对电极。在氮气饱和的1.0M KOH溶液中测试HER的电化学性能，包括线性扫描伏安测试和时间-电流密度测试。
用于催化析氧过程时，具体步骤为：将制备好的2D CoFe-PBA@NF电催化剂作为工作电极，以Hg/HgO作为参比电极，碳棒作为对电极。在氧气饱和的1.0M KOH溶液中测试OER的电化学性能，包括线性扫描伏安测试和时间-电流密度测试。
用于催化全水分解时，具体步骤为：将制备好的2D CoFe-PBA@NF电催化剂分别作为阴极和阳极。在饱和的1.0M KOH溶液中测试全水分解的电化学性能，包括线性扫描伏安测试和时间-电流密度测试。
本发明提供了一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料的制备及其电解水应用。本发明以商业空白泡沫镍为基体，通过对其进行硝酸钴与亚硝基铁氰化钠的原位沉积反应，制得了负载于基体上的超薄普鲁士蓝类似物纳米片阵列的自支撑型电催化剂材料。该材料是采用在泡沫镍基体上直接生长的合成工艺，通过室温一步沉积的方法控制硝酸钴与亚硝基铁氰化钠的反应时间，无需加热、无需消耗额外能源即可形成独特的二维支撑型结构。这种超薄的结构拥有较大的比表面积以及大量的有机金属骨架材料多孔结构，具有较快的传质和电子传输能力。此外，丰富的不饱和配位Co、Fe表面活性位点显著地降低了催化剂对氢/氧中间体的吸附自由能。因此，该普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料在进行析氢反应、析氧反应以及全水分解时，在各电流密度下都展现出优异的电催化性能。(在1.0M的KOH溶液中，HER过电势：η10mA cm-2＝48mV，OER过电势：η10mA cm-2＝256mV，全水分解电位：η10mA cm-2＝1.541V)，并且在不同的电流密度下都能保持极高的稳定性，1.0M的KOH溶液中，该析氢、析氧电催化剂可以在10mA cm–2和100mA cm–2电流密度下工作24h，性能几乎没有衰减，该全水分解电催化剂可以在10mA cm–2和100mA cm–2电流密度在36h后没有衰减，并且可以保持10mA cm–2和100mA cm–2电流密度近100％的稳定性。
本发明所制备的超薄普鲁士蓝类似物纳米片材料不仅制备工艺简单，原料来源方便廉价，成本低，合成过程无需消耗能源，而且可在不同的电流密度下进行稳定高效的析氢反应、析氧反应和全水分解，保持极低的反应耗能，在规模化制氢应用中具有巨大的潜在价值。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
1)制备出的普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料具有超薄特征和更高的表面积与体积比的有序二维结构，确保活性位点的充分暴露和快速电荷/电子转移；
2)采用泡沫镍作为基体不仅提高了电极的电导率和机械稳定性，而且抑制了2D纳米片的自堆叠和位于孔内的金属中心的阻塞，显着促进了传质；
3)作为一种独特的PBA，具有立方普鲁士蓝结构的Co[Fe(CN)5(NO)]显示出4至
Figure BDA0002197743210000041
的宽孔径，这有利于反应物质的吸附/解吸附。
附图说明
图1为实施例1中制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂的扫描电镜图(SEM)；
图2为实施例1中制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂的透射电镜图(TEM)；
图3为实施例1中制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂的X射线衍射能谱分析图(XRD)；
图4为实施例1中制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，以5毫伏每秒的扫描速率在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的OER线性扫描伏安曲线图；
图5为实施例1中制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，负载不同的稳定电流密度，在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的OER电流密度-时间曲线图；
图6为实施例1中制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，以5毫伏每秒的扫描速率在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的HER线性扫描伏安曲线图；
图7为实施例1中制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，负载不同的稳定电流密度，在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的HER电流密度-时间曲线图；
图8为实施例1中制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，以5毫伏每秒的扫描速率在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的全水分解线性扫描伏安曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1：
超薄普鲁士蓝类似物纳米片催化剂(2D CoFe-PBA@NF-24)的制备过程如下：
1)裁取空白泡沫镍(1cm×2cm)分别使用丙酮、乙醇、去离子水分别超声15min，除去表面的污染物，放入60℃烘箱6小时后作为基体使用。
2)100mL Co(NO3)2·6H2O(3mmol)水溶液加入到100mL Na2Fe(CN)5NO·H2O(1mmol)水溶液中，将得到的溶液在室温下搅拌1分钟，至溶液浑浊。放入处理过后的泡沫镍基体，室温下避光处静置24小时。最后将反应得到的泡沫镍用去离子水冲洗后，60℃烘箱12小时干燥后得到产物2D CoFe-PBA@NF-24。
本实施例制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，用于催化析氢反应过程时，具体步骤为：将制备好的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂作为工作电极，以Hg/HgO作为参比电极，碳棒作为对电极。在氮气饱和的1.0M KOH溶液中测试HER的电化学性能，包括线性扫描伏安测试和时间-电流密度测试。
用于催化析氧过程时，具体步骤为：将制备好的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂作为工作电极，以Hg/HgO作为参比电极，碳棒作为对电极。在氧气饱和的1.0M KOH溶液中测试OER的电化学性能，包括线性扫描伏安测试和时间-电流密度测试。
用于催化全水分解时，具体步骤为：将制备好的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂分别作为阴极和阳极。在饱和的1.0M KOH溶液中测试全水分解的电化学性能，包括线性扫描伏安测试和时间-电流密度测试。
图1制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂的扫描电镜图(SEM)，其中，(a)为低倍数下的扫描电镜图，(b)为(a)的更高倍数下的扫描电镜图。
由图1中可以看出，2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂呈现出二维纳米片状结构，这些二维纳米片具有较大的比表面积、超薄且片状完整的特性。正是由于这些特性，使得普鲁士蓝类似物中Co、Fe开放的活性位点能够更好地与催化底物结合，并且具有超高的比表面积，能够极大地提升二维MOF的催化活性。
图2为制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂的透射电镜图(TEM)，其中，(a-c)为2DCoFe-PBA纳米片的透射电镜图，(d)为对应的电子衍射环，(e)为2D CoFe-PBA纳米片的高倍透射电镜图，(f)为2D CoFe-PBA纳米片的透射电镜图。
由图2中可以看出，2D CoFe-PBA@NF-24显示出半透明的特性，表明其为超薄的纳米片。此外，可以观察到二维纳米片的边缘交织在一起，多层二维纳米片堆叠的结构。TEM的结果与SEM较为吻合，证明了二维MOF超薄的结构，暴露出更多的活性位点，从而促进电催化剂的催化性能。电子衍射环能够很好地对应CoFe-PBA相应的晶面，确保合成了目标物质
图3为制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂的X射线衍射能谱分析图(XRD)，由图3可以看出，2D CoFe-PBA@NF-24在17.4°、24.7°、35.1°和39.3°附近显示出四个主峰，它们应对应于CoFe-PBA的(200)、(220)、(400)和(420)面，表明成功合成出了目标的普鲁士蓝类似物。
图4为制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，以5毫伏每秒的扫描速率在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的OER线性扫描伏安曲线图，由图4中可以看出，2D CoFe-PBA@NF-24也具有非常出色的OER性能，在10mA cm-2的电流密度下，OER过电位仅为256mV。
图5为制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，负载不同的稳定电流密度，在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的OER电流密度-时间曲线图，由图5中可以看出，2D CoFe-PBA@NF-24具有十分稳定的电催化循环性能。在24个小时循环后也没有衰减，可以实现稳定高效的OER应用。
图6为制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，以5毫伏每秒的扫描速率在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的HER线性扫描伏安曲线图，由图6中可以看出，2D CoFe-PBA@NF-24也具有非常出色的HER性能，在10mA cm-2的电流密度下，HER过电位仅为48mV。
图7为制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，负载不同的稳定电流密度，在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的HER电流密度-时间曲线图，由图7中可以看出，2D CoFe-PBA@NF-24具有十分稳定的HER性能。在24个小时循环后也没有衰减，可以实现稳定高效的HER应用。
图8为制备的2D CoFe-PBA@NF-24电催化剂，以5毫伏每秒的扫描速率在1.0摩尔每升的氢氧化钾电解液中的全水分解线性扫描伏安曲线图，由图8中可以看出，由于2D CoFe-PBA@NF-24同时具有较好的HER与OER性能，其全水分解也具有较好的表现。在10mA cm-2的电流密度下，全水分解电压仅需要1.541V，与前述实验结论也十分吻合。
实施例2：
本实施例中，当Co(NO3)2·6H2O溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O溶液混合后，将泡沫镍基体放入至混合液中，室温下避光处静置反应2h，其余同实施例1，制得2D CoFe-PBA@NF-2电催化剂。
实施例3：
本实施例中，当Co(NO3)2·6H2O溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O溶液混合后，将泡沫镍基体放入至混合液中，室温下避光处静置反应12h，其余同实施例1，制得2D CoFe-PBA@NF-12电催化剂。
实施例4：
本实施例中，当Co(NO3)2·6H2O溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O溶液混合后，将泡沫镍基体放入至混合液中，室温下避光处静置反应48h，其余同实施例1，制得2D CoFe-PBA@NF-48电催化剂。
实施例5：
一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料，具有立方普鲁士蓝结构，孔径为
Figure BDA0002197743210000071
其作为催化剂，用于电解水反应中。
该材料的制备方法包括以下步骤：
1)先将泡沫镍依次用丙酮、乙醇、去离子水作为清洗剂，分别超声清洗10min，之后在70℃烘干4h，作为基体；
2)按Co(NO3)2·6H2O与Na2Fe(CN)5NO·H2O摩尔比为4:1，将Co(NO3)2·6H2O的水溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O的水溶液混合，之后在室温下搅拌2min至溶液浑浊，得到混合液；
3)将基体放入至混合液中，静置反应2h，反应结束后，先将反应后的基体用水冲洗，之后在70℃下干燥10h，即得到普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料。
实施例6：
一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料，具有立方普鲁士蓝结构，孔径为
Figure BDA0002197743210000073
其作为催化剂，用于电解水反应中。
该材料的制备方法包括以下步骤：
1)先将泡沫镍依次用丙酮、乙醇、去离子水作为清洗剂，分别超声清洗20min，之后在50℃烘干8h，作为基体；
2)按Co(NO3)2·6H2O与Na2Fe(CN)5NO·H2O摩尔比为2:3，将Co(NO3)2·6H2O的水溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O的水溶液混合，之后在室温下搅拌0.5min至溶液浑浊，得到混合液；
3)将基体放入至混合液中，静置反应48h，反应结束后，先将反应后的基体用水冲洗，之后在50℃下干燥15h，即得到普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料。
实施例7：
一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料，具有立方普鲁士蓝结构，孔径为
Figure BDA0002197743210000072
其作为催化剂，用于电解水反应中。
该材料的制备方法包括以下步骤：
1)先将泡沫镍依次用丙酮、乙醇、去离子水作为清洗剂，分别超声清洗15min，之后在60℃烘干6h，作为基体；
2)按Co(NO3)2·6H2O与Na2Fe(CN)5NO·H2O摩尔比为3:2，将Co(NO3)2·6H2O的水溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O的水溶液混合，之后在室温下搅拌1min至溶液浑浊，得到混合液；
3)将基体放入至混合液中，静置反应24h，反应结束后，先将反应后的基体用水冲洗，之后在60℃下干燥12h，即得到普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种2D CoFe-PBA@NF纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1）将泡沫镍预处理后，作为基体；
2）将Co(NO3)2·6H2O溶液与Na2Fe(CN)5NO·H2O溶液混合，之后在室温下搅拌至溶液浑浊，得到混合液；
3）将基体放入至混合液中，静置反应2-48h，经后处理即得到所述的2D CoFe-PBA@NF纳米片阵列材料；
步骤2）中，所述的Co(NO3)2·6H2O溶液为Co(NO3)2·6H2O的水溶液，所述的Na2Fe(CN)5NO·H2O溶液为Na2Fe(CN)5NO·H2O的水溶液，并且所述的Co(NO3)2·6H2O与Na2Fe(CN)5NO·H2O的摩尔比为(2-4):(1-3)；
步骤2）中，所述的搅拌时间为0.5-2min。
2.根据权利要求1所述的一种2D CoFe-PBA@NF纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，步骤1）中，所述的预处理过程为：先将泡沫镍超声清洗，之后进行烘干。
3.根据权利要求2所述的一种2D CoFe-PBA@NF纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，所述的超声清洗过程为：依次用丙酮、乙醇、去离子水作为清洗剂，分别超声清洗10-20min；所述的烘干过程中，温度为50-70℃，时间为4-8h。
4.根据权利要求1所述的一种2D CoFe-PBA@NF纳米片阵列材料的制备方法，其特征在于，步骤3）中，所述的后处理过程为：先将反应后的基体用水冲洗，之后在50-70℃下干燥10-15h。
5.一种2D CoFe-PBA@NF纳米片阵列材料，其特征在于，该材料采用如权利要求1至4任一项所述的方法制备而成。
6.根据权利要求5所述的一种2D CoFe-PBA@NF纳米片阵列材料，其特征在于，该材料具有立方普鲁士蓝结构，孔径为4-8.5Å。
7.一种如权利要求5所述的2D CoFe-PBA@NF纳米片阵列材料的应用，其特征在于，所述的材料作为催化剂，用于电解水反应中。
CN201910853928.7A 2019-09-10 2019-09-10 一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用 Active CN110735147B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910853928.7A CN110735147B (zh) 2019-09-10 2019-09-10 一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910853928.7A CN110735147B (zh) 2019-09-10 2019-09-10 一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110735147A CN110735147A (zh) 2020-01-31
CN110735147B true CN110735147B (zh) 2021-04-02

Family

ID=69267795

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910853928.7A Active CN110735147B (zh) 2019-09-10 2019-09-10 一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110735147B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111632624B (zh) * 2020-06-22 2022-10-28 陕西科技大学 一种电解水用阳极催化剂及其制备方法
CN111715248B (zh) * 2020-06-22 2022-11-01 陕西科技大学 一种中空纳米电解水用阴极催化剂及其制备方法
CN113026049B (zh) * 2021-02-22 2022-02-15 江苏大学 二步溶剂热法制备NiFe(CN)5NO-Ni3S2-NF复合催化剂及其应用
CN113122876B (zh) * 2021-03-17 2022-05-27 山东师范大学 一种钼掺杂镍铁普鲁士蓝类似物@碳毡的制备方法及应用
CN113755876B (zh) * 2021-09-10 2022-08-19 哈尔滨工业大学 一种中空CoOOH/FeOOH纳米颗粒催化剂的制备方法
CN114985006B (zh) * 2022-05-23 2023-11-14 北京师范大学珠海校区 一种二维层状催化膜材料及制备方法与应用
CN115125550B (zh) * 2022-07-28 2023-09-19 塔里木大学 一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法和双功能异质结纳米材料及其用途

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3741176B2 (ja) * 1997-04-22 2006-02-01 独立行政法人理化学研究所 プロトン還元用触媒
US6388048B1 (en) * 2000-05-19 2002-05-14 The Dow Chemical Company Complexing agent-modified trimetal cyanide catalyst
CN109999861A (zh) * 2019-03-06 2019-07-12 江苏大学 一种镍钴双金属磷化物电催化剂及其合成方法与应用
CN109985648A (zh) * 2019-04-15 2019-07-09 安徽大学 一种多孔立方状双金属磷化物催化剂及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN110735147A (zh) 2020-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110735147B (zh) 一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用
CN110075853B (zh) 一种电催化全分解水CoZn-LDHs-ZIF@C复合结构材料及制备方法、应用
CN111001428B (zh) 一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用
CN111167480B (zh) 一种新型析氧电催化剂及其制备方法和应用
CN112439459B (zh) 晶体与非晶界面共存的超薄纳米片材料及其电解水应用
CN110474057A (zh) 一种基于木质纤维素类生物质碳的氧还原电催化剂的制备方法及应用
CN113105645B (zh) 一种镍基金属有机框架化合物制备方法、产品和应用
CN112680741B (zh) 一种钌掺杂磷化钴电催化剂的制备方法与应用
CN114016050B (zh) 一种铁钼掺杂硫化镍/泡沫镍电极及其制备方法与应用
CN113249739B (zh) 金属磷化物负载的单原子催化剂及其制备方法和作为析氢反应电催化剂的应用
CN111129522A (zh) 镍铁合金/氮掺杂碳纤维作为锌空气电池氧电催化剂的制备及应用
CN115505961A (zh) 一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极、制备及应用
CN110629248A (zh) 一种Fe掺杂Ni(OH)2/Ni-BDC电催化剂的制备方法
Jia et al. V-doped porous CoP nanoarrays grown on carbon cloth with optimized electronic structure for the hydrogen evolution reaction
CN115584534A (zh) 一种硫掺杂镍铁基复合电催化剂及制备方法及应用
CN115928135A (zh) 一种铁掺杂氢氧化镍复合硒化镍材料及其制备方法和应用
CN113046720B (zh) 一种Nd-石墨烯复合材料及其制备方法和应用
CN114574893B (zh) 一种二维片状钴基双金属有机骨架材料的制备及其在电解水反应中的应用
CN113026049B (zh) 二步溶剂热法制备NiFe(CN)5NO-Ni3S2-NF复合催化剂及其应用
CN111774071B (zh) 一种三元金属硫化物纳米片材料及其制备与电解水应用
CN115125578B (zh) 一种b-s共掺的镍钴基电解水析氧催化剂的制备方法
Gao et al. Boronization of ZIF-67 on nickel foam to prepare self-supporting NiCo-bimetallic borides electrocatalyst for efficient oxygen evolution reaction
CN118127550A (zh) 等离子体处理的金属有机框架电催化剂的制备方法及其应用
CN117230458A (zh) 高熵Ni-Co-Fe-N-M氢氧化物复合材料及其制备和在电催化中的应用
CN115491717A (zh) 一种等离子体强化单原子催化剂实现电催化还原co2的方法

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
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant