CN111330583A - 一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111330583A CN111330583A CN202010139849.2A CN202010139849A CN111330583A CN 111330583 A CN111330583 A CN 111330583A CN 202010139849 A CN202010139849 A CN 202010139849A CN 111330583 A CN111330583 A CN 111330583A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- catalyst
- electrochemical water
- water splitting
- electrostatic spinning
- metal ion
- 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.)
- Pending
Links
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 86
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 30
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 title abstract description 13
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 11
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 26
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000002121 nanofiber Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 14
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 14
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims description 9
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 8
- 235000013855 polyvinylpyrrolidone Nutrition 0.000 claims description 7
- 229920000036 polyvinylpyrrolidone Polymers 0.000 claims description 7
- 239000001267 polyvinylpyrrolidone Substances 0.000 claims description 7
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 claims description 5
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 5
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 229910052777 Praseodymium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 3
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 claims description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000005303 weighing Methods 0.000 claims description 3
- 229910002538 Eu(NO3)3·6H2O Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XQBXQQNSKADUDV-UHFFFAOYSA-N lanthanum;nitric acid Chemical compound [La].O[N+]([O-])=O XQBXQQNSKADUDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract description 2
- 230000005518 electrochemistry Effects 0.000 abstract description 2
- 238000003837 high-temperature calcination Methods 0.000 abstract 1
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 8
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 6
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002825 PrBaCo2O5+δ Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 4
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- IWOUKMZUPDVPGQ-UHFFFAOYSA-N barium nitrate Inorganic materials [Ba+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O IWOUKMZUPDVPGQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 2
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 2
- KJCVRFUGPWSIIH-UHFFFAOYSA-N 1-naphthol Chemical compound C1=CC=C2C(O)=CC=CC2=C1 KJCVRFUGPWSIIH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002445 Co(NO3)3·6H2O Inorganic materials 0.000 description 1
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006230 acetylene black Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000001354 calcination Methods 0.000 description 1
- 238000003421 catalytic decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- QSQUFRGBXGXOHF-UHFFFAOYSA-N cobalt(III) nitrate Inorganic materials [Co].O[N+]([O-])=O.O[N+]([O-])=O.O[N+]([O-])=O QSQUFRGBXGXOHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N copper;5,10,15,20-tetraphenylporphyrin-22,24-diide Chemical compound [Cu+2].C1=CC(C(=C2C=CC([N-]2)=C(C=2C=CC=CC=2)C=2C=CC(N=2)=C(C=2C=CC=CC=2)C2=CC=C3[N-]2)C=2C=CC=CC=2)=NC1=C3C1=CC=CC=C1 RKTYLMNFRDHKIL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000003411 electrode reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 229910021397 glassy carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006460 hydrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910001960 metal nitrate Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 description 1
- 238000004832 voltammetry Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
- B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
- B01J23/76—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36
- B01J23/825—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with metals, oxides or hydroxides provided for in groups B01J23/02 - B01J23/36 with gallium, indium or thallium
-
- 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
- B01J35/61—Surface area
-
- 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
-
- 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
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法，本发明属于电化学技术领域，特别是涉及一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法。本发明是为了解决现有电化学催化剂电催化活性低，催化反应单一，同时现有反应原料稀缺成本高的问题。本发明用于电化学分解水反应的催化剂以金属离子硝酸盐为前驱体，经静电纺丝制备得到。方法:1、高压静电纺丝合成纳米纤维前躯体；2、高温煅烧制备钙钛矿结构LnBa1‑xSrxCo2‑yFeyO5+δ催化剂材料。所得钙钛矿材料可作为双功能催化剂应用于电解水反应。
Description
技术领域
本发明属于电化学技术领域，特别是涉及一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法。
背景技术
可持续能源的开发是经济发展和社会进步的巨大推动力，每次新能源的采用都会促进人类社会进步，传统能源如煤、石油、天然气等近年来开采量较大，消耗过快，未来面临着枯竭的危险。而且，传统能源燃烧后污染严重，存在着严重的环境污染问题。随着人们对于能源系统和环境保护的认知日益增强，寻找新的、无污染的替代能源势在必行。一直以来，人们认为氢气是一种理想的绿色清洁能源。作为一种零排放的能源，已被认为是替代化石燃料的有效能源载体。其中，水的电化学催化分解反应提出了一种大规模生产氢气的有效方法。但是电解水能耗较大，效率低，缓慢的电极反应动力学限制了其大规模实际应用，因此需要找出一种价格低廉且性能良好的催化剂来提高催化制氢效率。人们已经开发了许多具有优异催化性能的析氧(OER)和析氢反应(HER)催化剂。目前，性能最好的电催化剂仍然为贵金属基材料，例如催化OER的二氧化钌(RuO2)和二氧化铱(IrO2)；催化HER的铂碳(Pt/C)材料。由于贵金属的稀缺性和高成本，限制了他们的广泛使用。
发明内容
本发明是为了解决现有电化学催化剂电催化活性低，催化反应单一，同时现有反应原料稀缺成本高的问题，提供了一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法。
本发明一种用于电化学分解水反应的催化剂以金属离子硝酸盐为前驱体，经静电纺丝制备得到，记为LnBa1-xSrxCo2-yFeyO5+δ催化剂；其中δ为0～0.5，x为0～0.5，y为0～0.4，Ln为Pr、Eu或Gd。
本发明用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法是按以下步骤进行：
一、按照式子LnBa1-xSrxCo2-yFeyO5+δ催化剂进行原料称取，将原料加入到N,N-二甲基甲酰胺中，室温条件下磁力搅拌至完全溶解，得到金属离子硝酸盐分散液；所述金属离子硝酸盐分散液的浓度为0.05～0.1mol/L；
二、将聚乙烯吡咯烷酮加入到金属离子硝酸盐分散液中，继续磁力搅拌，得到静电纺丝所需的前驱体溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮的质量与金属离子硝酸盐分散液的体积比为1g:(8～10)mL；
三、将静电纺丝前驱体溶液注入到带有不锈钢针头的注射器中，将注射器放置在静电纺丝机中，调节静电纺丝工作参数，通过旋转接收网得到纳米纤维材料；
四、对纳米纤维材料进行真空干燥，然后在空气气氛下高温烧结，即得
LnBa1-xSrxCo2-yFeyO5+δ催化剂；其中δ为0～0.5，x为0～0.5，y为0～0.4。
本发明的优点：
1、本发明与传统的高温固相合成方法相比，该合成方法反应温度低，时间短，在850～950℃煅烧5～6小时即可得到钙钛矿结构催化剂材料。
2、本发明采用金属硝酸盐为起始原料，制备工艺简单，极大地降低了生产成本。
3、本发明采用静电纺丝技术制备钙钛矿结构催化剂材料为一维纳米纤维结构，其比表面积较大，增加了催化反应的活性位点数目，提高了电催化活性及循环稳定性，在电流密度为10mA cm-2时，OER过电势最低为370mV，HER过电势最低为216mV，所得钙钛矿材料可作为双功能催化剂应用于电解水反应。
4、本发明所制备的钙钛矿结构催化剂材料解决了以往催化剂催化活性单一的问题，可以将其作为阳极与阴极催化剂，进行电催化分解水反应。
附图说明
图1为实施例制备的PrBaCo2O5+δ催化剂的XRD谱图；
图2为实施例制备的GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ催化剂的XRD谱图；
图3为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的XRD谱图；
图4为实施例制备的PrBaCo2O5+δ催化剂的SEM照片；
图5为实施例制备的GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ催化剂的SEM照片；
图6为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的SEM照片；
图7为实施例制备的PrBaCo2O5+δ催化剂的OER和HER的线性伏安扫描图；
图8为实施例制备的GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ催化剂的OER和HER的线性伏安扫描图；
图9为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的OER和HER的线性伏安扫描图；
图10为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的OER的第1次循环线性伏安曲线图；
图11为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的OER的第2000次循环线性伏安曲线图；
图12为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的HER的第1次循环线性伏安曲线图；
图13为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的HER的第2000次循环线性伏安曲线图；
图14为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的电催化水分解反应的极化曲线图。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种用于电化学分解水反应的催化剂以金属离子硝酸盐为前驱体，经静电纺丝制备得到，记为LnBa1-xSrxCo2-yFeyO5+δ催化剂；其中δ为0～0.5，x为0～0.5，y为0～0.4，Ln为Pr、Eu或Gd。
δ表示氧的非化学计量比数值。
具体实施方式二：本实施方式用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法是按以下步骤进行：
一、按照式子LnBa1-xSrxCo2-yFeyO5+δ催化剂进行原料称取，将原料加入到N,N-二甲基甲酰胺中，室温条件下磁力搅拌至完全溶解，得到金属离子硝酸盐分散液；所述金属离子硝酸盐分散液的浓度为0.05～0.1mol/L；
二、将聚乙烯吡咯烷酮加入到金属离子硝酸盐分散液中，继续磁力搅拌，得到静电纺丝所需的前驱体溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮的质量与金属离子硝酸盐分散液的体积比为1g:(8～10)mL；
三、将静电纺丝前驱体溶液注入到带有不锈钢针头的注射器中，将注射器放置在静电纺丝机中，调节静电纺丝工作参数，通过旋转接收网得到纳米纤维材料；
四、对纳米纤维材料进行真空干燥，然后在空气气氛下高温烧结，即得
LnBa1-xSrxCo2-yFeyO5+δ催化剂；其中δ为0～0.5，x为0～0.5，y为0～0.4。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二不同的是：步骤一中所述原料为式中金属离子的硝酸盐；其中Ln表示镧系硝酸盐，具体为Pr(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O或Gd(NO3)3·6H2O。其它与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式二或三不同的是：步骤一中所述磁力搅拌的速率为500～800rpm。其它与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式二至四之一不同的是：步骤三中所述静电纺丝工作参数为：针头出射口距离接收网22～25cm，溶液出射速度为0.05～0.10mm/min，接收速度为5～10r/min，针头与接收网之间施加恒定的15～18kV高压静电，工作温度为25～30℃，湿度为30～35％。其它与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式二至五之一不同的是：步骤四中所述真空干燥是在温度为50～60℃的真空条件下干燥6～12h。其它与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式二至六之一不同的是：步骤四中所述在空气气氛下高温烧结是在空气气氛中以2～5℃/min的升温速率将温度从室温升至850～950℃然后在温度为850～950℃的条件下煅烧5～6h。其它与具体实施方式二至六之一相同。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法是按以下步骤进行：
一、将1mmol Eu(NO3)3·6H2O、0.5mmol Ba(NO3)2·6H2O、0.5mmol Sr(NO3)2、1.6mmol Co(NO3)3·6H2O和0.4mmol Fe(NO3)3·9H2O加入到10～15mLN,N-二甲基甲酰胺中，室温条件下磁力搅拌至完全溶解，得到金属离子硝酸盐分散液；磁力搅拌的速率为500～800rpm；
二、将1.88～2.50g聚乙烯吡咯烷酮加入到金属离子硝酸盐分散液中，继续磁力搅拌，得到静电纺丝所需的前驱体溶液；
三、将静电纺丝前驱体溶液注入到带有不锈钢针头的注射器中，选取22号不锈钢针头(内径0.51mm)，将注射器放置在静电纺丝机中，调节静电纺丝工作参数，通过旋转接收网得到纳米纤维材料；所述静电纺丝工作参数为：针头出射口距离接收网22～25cm，溶液出射速度为0.05～0.10mm/min，接收速度为5～10r/min，针头与接收网之间施加恒定的15～18kV高压静电，工作温度为25～30℃，湿度为30～35％；
四、对纳米纤维材料进行真空干燥，然后在空气气氛下高温烧结，即得EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂；所述真空干燥是在温度为50～60℃的真空条件下干燥6～12h；所述在空气气氛下高温烧结是在空气气氛中以2～5℃/min的升温速率将温度从室温升至850～950℃然后在温度为850～950℃的条件下煅烧5～6h。
实施例二：本实施例与实施例一的不同之处在于：步骤一中将1mmolPr(NO3)3·6H2O、1mmol Ba(NO3)2·6H2O和2mmol Co(NO3)3·6H2O加入到10～15mLN,N-二甲基甲酰胺中；步骤四对纳米纤维材料进行真空干燥，然后在空气气氛下高温烧结，即得PrBaCo2O5+δ催化剂。
实施例三：本实施例与实施例一的不同之处在于：将1mmolGd(NO3)3·6H2O、0.5mmol Ba(NO3)2·6H2O、0.5mmol Sr(NO3)2、2mmol Co(NO3)3·6H2O加入到10～15mLN,N-二甲基甲酰胺中；步骤四对纳米纤维材料进行真空干燥，然后在空气气氛下高温烧结，即得GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ催化剂。
实施例四：分别将各2mg的实施例一至实施例三制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂、PrBaCo2O5+δ催化剂和GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ催化剂与2mg乙炔黑、25μL 5wt％的奈酚溶液、55μL异丙醇和170μL混合，超声处理2～6h制得催化剂浆料；将5μL催化剂浆料滴涂到玻碳电极表面，在室温下自然晾干，用于电催化性能测试。
图1为实施例制备的PrBaCo2O5+δ催化剂的XRD谱图；图2为实施例制备的GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ催化剂的XRD谱图；图3为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的XRD谱图；从图中可知，所制备的催化剂材料为钙钛矿结构，且并无明显的第二相衍射峰，表明所合成样品为单一钙钛矿材料。其中GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ为四方系钙钛矿结构，空间点群P4/mmm；PrBaCo2O5+δ和EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ为立方系钙钛矿结构，空间点群Pm-3m。
图4为实施例制备的PrBaCo2O5+δ催化剂的SEM照片；图5为实施例制备的GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ催化剂的SEM照片；图6为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的SEM照片；从图中可以看到，所制备的催化剂为交联的一维纤维状结构，纤维直径200～300nm，长度可达5～10μm。纤维由尺寸20～30nm的纳米粒子组成。这种一维纳米形貌可以增加催化剂的比表面积，为电催化OER和HER提供更多的活性位点，提高其催化活性。
图7为实施例制备的PrBaCo2O5+δ催化剂的OER和HER的线性伏安扫描图；图8为实施例制备的GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ催化剂的OER和HER的线性伏安扫描图；图9为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的OER和HER的线性伏安扫描图；从图中得知，催化剂具有良好的OER和HER催化活性；PrBaCo2O5+δ、GdBa0.5Sr0.5Co2O5+δ、EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的OER和HER起始电位分别为210～320和73～258mV。当电流密度达到10mA cm-2，OER和HER过电势分别为370～410和217～450mV。其中PrBaCo2O5+δ和EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂具有最低的HER和OER过电势，分比为217和370mV。较低的OER和HER过电势数值说明材料具有较高的双功能催化活性。
图10为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的OER的第1次循环线性伏安曲线图；图11为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的OER的第2000次循环线性伏安曲线图；图12为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的HER的第1次循环线性伏安曲线图；图13为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的HER的第2000次循环线性伏安曲线图；从图中可以看到，和第一次循环线性伏安结果相比，第2000次循环后的曲线并没有明显的变化，相同过电势条件下的电流密度衰减幅度较小。表明EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂具有良好的OER和HER循环稳定性。
图14为实施例制备的EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂的电催化水分解反应的极化曲线图；从图中可得知，当使用EuBa0.5Sr0.5Co1.6Fe0.4O5+δ催化剂同时作为阳极与阴极进行全解水反应时，起始分解电压为1.57V；电流密度达到10mAcm-2时，分解电压为1.84V。这些结果表明其作为双功能电解水催化剂具有潜在的应用前景。
Claims (7)
1.一种用于电化学分解水反应的催化剂，其特征在于用于电化学分解水反应的催化剂以金属离子硝酸盐为前驱体，经静电纺丝制备得到，记为LnBa1-xSrxCo2-yFeyO5+δ催化剂；其中δ为0～0.5，x为0～0.5，y为0～0.4，Ln为Pr、Eu或Gd。
2.如权利要求1所述的一种用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法，其特征在于用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法是按以下步骤进行：
一、按照式子LnBa1-xSrxCo2-yFeyO5+δ催化剂进行原料称取，将原料加入到N,N-二甲基甲酰胺中，室温条件下磁力搅拌至完全溶解，得到金属离子硝酸盐分散液；所述金属离子硝酸盐分散液的浓度为0.05～0.1mol/L；
二、将聚乙烯吡咯烷酮加入到金属离子硝酸盐分散液中，继续磁力搅拌，得到静电纺丝所需的前驱体溶液；所述聚乙烯吡咯烷酮的质量与金属离子硝酸盐分散液的体积比为1g:(8～10)mL；
三、将静电纺丝前驱体溶液注入到带有不锈钢针头的注射器中，将注射器放置在静电纺丝机中，调节静电纺丝工作参数，通过旋转接收网得到纳米纤维材料；
四、对纳米纤维材料进行真空干燥，然后在空气气氛下高温烧结，即得LnBa1-xSrxCo2- yFeyO5+δ催化剂；其中δ为0～0.5，x为0～0.5，y为0～0.4。
3.根据权利要求2所述的用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述原料为式中金属离子的硝酸盐；其中Ln表示镧系硝酸盐，具体为Pr(NO3)3·6H2O、Eu(NO3)3·6H2O或Gd(NO3)3·6H2O。
4.根据权利要求2所述的用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法，其特征在于步骤一中所述磁力搅拌的速率为500～800rpm。
5.根据权利要求2所述的用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法，其特征在于步骤三中所述静电纺丝工作参数为：针头出射口距离接收网22～25cm，溶液出射速度为0.05～0.10mm/min，接收速度为5～10r/min，针头与接收网之间施加恒定的15～18kV高压静电，工作温度为25～30℃，湿度为30～35％。
6.根据权利要求2所述的用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法，其特征在于步骤四中所述真空干燥是在温度为50～60℃的真空条件下干燥6～12h。
7.根据权利要求2所述的用于电化学分解水反应的催化剂的制备方法，其特征在于步骤四中所述在空气气氛下高温烧结是在空气气氛中以2～5℃/min的升温速率将温度从室温升至850～950℃然后在温度为850～950℃的条件下煅烧5～6h。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010139849.2A CN111330583A (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010139849.2A CN111330583A (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111330583A true CN111330583A (zh) | 2020-06-26 |
Family
ID=71174082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202010139849.2A Pending CN111330583A (zh) | 2020-03-03 | 2020-03-03 | 一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111330583A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113061934A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-07-02 | 江南大学 | 一种高熵钙钛矿中空纳米管高效析氧反应催化材料及其制备方法 |
| CN113136590A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-20 | 黑龙江大学 | 一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂及其制备方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1731607A (zh) * | 2005-08-19 | 2006-02-08 | 黑龙江大学 | 固体氧化物燃料电池阴极材料 |
| JP2012001865A (ja) * | 2010-06-21 | 2012-01-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 繊維状複合材料及びその製造方法、並びに繊維状複合材料を用いた繊維部材及び機能性デバイス |
| CN108054393A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-05-18 | 河南工业大学 | 一种具有新型纳米结构的中低温固体氧化物燃料电池阴极的制备方法 |
| CN109331807A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-15 | 西安工程大学 | 自支撑钙钛矿型氧化物纳米纤维催化净化材料及制备方法 |
| CN109390598A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-02-26 | 河北工业大学 | 一种双功能钙钛矿型氧化物氧电极催化剂的制备方法及其应用 |
| CN109888303A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-06-14 | 北京理工大学 | 一种高催化活性直接碳燃料电池阳极材料催化性能改进方法 |
| CN110152677A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-23 | 宁波大学 | 一种具有仿生结构的双功能钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂 |
-
2020
- 2020-03-03 CN CN202010139849.2A patent/CN111330583A/zh active Pending
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1731607A (zh) * | 2005-08-19 | 2006-02-08 | 黑龙江大学 | 固体氧化物燃料电池阴极材料 |
| JP2012001865A (ja) * | 2010-06-21 | 2012-01-05 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 繊維状複合材料及びその製造方法、並びに繊維状複合材料を用いた繊維部材及び機能性デバイス |
| CN108054393A (zh) * | 2017-12-25 | 2018-05-18 | 河南工业大学 | 一种具有新型纳米结构的中低温固体氧化物燃料电池阴极的制备方法 |
| CN109331807A (zh) * | 2018-09-30 | 2019-02-15 | 西安工程大学 | 自支撑钙钛矿型氧化物纳米纤维催化净化材料及制备方法 |
| CN109390598A (zh) * | 2018-11-15 | 2019-02-26 | 河北工业大学 | 一种双功能钙钛矿型氧化物氧电极催化剂的制备方法及其应用 |
| CN109888303A (zh) * | 2019-03-04 | 2019-06-14 | 北京理工大学 | 一种高催化活性直接碳燃料电池阳极材料催化性能改进方法 |
| CN110152677A (zh) * | 2019-05-20 | 2019-08-23 | 宁波大学 | 一种具有仿生结构的双功能钙钛矿/氧化铈复合氧催化剂 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| FAN FANG ET AL.: "In situ exsolution of Co/CoOx core-shell nanoparticles on double perovskite porous nanotubular webs: A synergistically active catalyst for soot efficient oxidation", 《CHEMICAL ENGINEERING JOURNAL》 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113061934A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-07-02 | 江南大学 | 一种高熵钙钛矿中空纳米管高效析氧反应催化材料及其制备方法 |
| CN113061934B (zh) * | 2021-03-04 | 2022-06-07 | 江南大学 | 一种高熵钙钛矿中空纳米管高效析氧反应催化材料及其制备方法 |
| CN113136590A (zh) * | 2021-04-19 | 2021-07-20 | 黑龙江大学 | 一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂及其制备方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108325565B (zh) | 一种多功能碳基非贵金属电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111185188B (zh) | 一种铁钴镍铜基高熵合金电解水催化材料及其制备方法 | |
| CN108579751B (zh) | 一种层状钙钛矿氧化物、制备方法及其在析氧反应电催化中的用途 | |
| CN109701545B (zh) | 一种负载钒钴合金纳米颗粒的电催化材料及其制备方法 | |
| CN113437314B (zh) | 氮掺杂碳负载低含量钌和Co2P纳米粒子的三功能电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109621969B (zh) | 一种自支撑双金属镍钨碳化物全解水材料及其制备方法 | |
| CN110729486A (zh) | 一种单质钴复合氮掺杂碳高效氧还原/氧析出催化剂的制备方法 | |
| CN105056961B (zh) | 用于析氧反应的无定形非贵金属氢氧化物修饰的钙钛矿复合催化剂及其制备方法 | |
| CN111013615A (zh) | 一种具有氢析出和氧析出高效双功能的CoP催化剂的制备方法 | |
| CN111330583A (zh) | 一种用于电化学分解水反应的催化剂及其制备方法 | |
| CN108588754A (zh) | 一种用于电催化析氢的钼酸镍/石墨烯复合材料及制备方法 | |
| CN111203206B (zh) | 一种CeO2基电催化产氧催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113061934B (zh) | 一种高熵钙钛矿中空纳米管高效析氧反应催化材料及其制备方法 | |
| CN113668008A (zh) | 一种二硫化钼/钴碳纳米管电催化剂及其制备方法和应用 | |
| WO2024066179A1 (zh) | 一种表面改性的钙钛矿氧化物电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN111203219B (zh) | 一种用于二氧化碳制甲酸的铜基催化剂、制备方法及应用 | |
| CN108786825B (zh) | 一种二氧化铈基纳米电催化析氢催化剂及其制备方法 | |
| CN108270017B (zh) | 一种镍-氮掺杂碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN102867966A (zh) | 一种多孔微球后尖晶石型钙锰氧化合物及其制备和应用 | |
| CN113737214B (zh) | ABO3型高熵钙钛矿Bax(FeCoNiZrY)0.2O3-δ电催化材料及其制备 | |
| CN113136590A (zh) | 一种用于电催化析氢反应的双钙钛矿催化剂及其制备方法 | |
| CN111686729B (zh) | 一种钙钛矿型二氧化碳电还原催化剂及其制备方法 | |
| CN108993559A (zh) | 用于析氧反应的非贵金属碳酸盐修饰的钙钛矿复合催化剂及其制备方法 | |
| CN109331861B (zh) | 一种基于铂合金的钽类化合物电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN108435178B (zh) | 一种六方晶系结构氧化物、制备方法及其在析氧反应中的用途 |
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 | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20200626 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |