CN113957469A - 一种析氧铁酸镍或铁酸钴/炭黑复合催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents
一种析氧铁酸镍或铁酸钴/炭黑复合催化剂及其制备方法和应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113957469A CN113957469A CN202111223715.XA CN202111223715A CN113957469A CN 113957469 A CN113957469 A CN 113957469A CN 202111223715 A CN202111223715 A CN 202111223715A CN 113957469 A CN113957469 A CN 113957469A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- carbon black
- mfe
- composite catalyst
- cobalt
- salt
- 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.)
- Granted
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
- 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
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G51/00—Compounds of cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01G—COMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
- C01G53/00—Compounds of nickel
-
- 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
- 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
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9016—Oxides, hydroxides or oxygenated metallic salts
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
- H01M4/90—Selection of catalytic material
- H01M4/9075—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers
- H01M4/9083—Catalytic material supported on carriers, e.g. powder carriers on carbon or graphite
-
- 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
-
- 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
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Inert Electrodes (AREA)
- Hybrid Cells (AREA)
Abstract
本发明公开了一种析氧铁酸镍或铁酸钴/炭黑复合催化剂及其制备方法和应用,该复合催化剂由纳微米棒状M(Ni/Co)Fe2O4插入在三维多孔炭黑的孔隙中构成;其制备方法是将镍盐和/或钴盐与铁盐、酒石酸钠、炭黑及水混合后,进行水热反应,得到前驱体;前驱体置于保护气氛中,进行焙烧,即得;该制备工艺简单、成本低,有利于工业化生产;所得复合催化剂具有活性高和稳定性好的特点,应用于水的电分解或金属‑空气二次电池析氧过程,综合性能超越商业RuO2催化剂,展现出良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种析氧(OER)复合催化剂及其制备方法和应用,特别涉及一种高性能析氧M(Ni/Co)Fe2O4/炭黑复合催化剂及其制备方法,还涉及M(Ni/Co)Fe2O4/炭黑复合催化剂在电解水或金属-空气二次电池中的应用,属于电催化技术领域。
背景技术
OER是水分解、金属-空气二次电池等储能和能量转换过程的关键反应之一。然而,电极极化和电阻带来的过电位以及复杂的四电子过程导致的动力学缓慢需要高效的电催化剂减少其过电位和加快OER速率。目前,贵金属Ir基或Ru基材料(如IrO2和RuO2)被认为是OER过程最高效的催化剂。但储量低、价格高和稳定性差严重阻碍了它们的大规模应用。因此,急需开发综合性能优异的非贵金属替代物。过渡金属(尤其是Fe、Co、Ni)基电催化剂,包括氧化物、层状双金属氢氧化物、硒化物、硫化物等,由于其成本低廉、活性高和碱性条件下稳定的优点,近年来作为有潜力的OER电催化剂被广泛研究。其中,尖晶石金属氧化物,尤其是铁酸盐,由于具有多种氧化还原态、良好的电化学稳定性、高储量、低成本等优点,被认为是理想的贵金属氧化物催化剂的替代物。但是由于P型半导体的本性,铁酸盐存在导电性较差的缺陷,而且通常使用的热解法所制备的铁酸盐纯度较低,往往要经过后处理除去杂质。
发明内容
针对现有技术中的铁酸盐(铁酸镍或铁酸钴)OER电催化剂存在的电导率低而致其活性低和稳定性差以及热解法所制备的铁酸盐纯度低的缺陷,本发明的第一个目的是在于提供一种由纳微米棒状铁酸盐(铁酸镍或铁酸钴)插入在三维多孔炭黑孔隙中构成的析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂,该催化剂中铁酸镍或铁酸钴的纯度高,且具有特殊的微纳米棒状结构,比表面积大,且稳定分散在三维多孔炭黑孔隙中,表现出更高的析氧活性及稳定性,综合性能超过商用RuO2催化剂。
本发明的第二个目的是在于提供一种高性能析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法,该制备方法简单,成本低,满足工业生产应用要求。
本发明的第三个目的是在于提供所述高性能析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂在电解水或金属-空气二次电池的应用,在碱性介质中,MFe2O4/炭黑复合催化剂的OER综合催化性能超过商用RuO2催化剂。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂,其由纳微米棒状MFe2O4插入在三维多孔炭黑的孔隙中构成,其中,M为镍和/或钴。
本发明提供的析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂中的主要活性组分来源于铁酸盐(铁酸镍或铁酸钴)纳微米棒,相比于其他金属氧化物,铁酸盐中存在的两对氧化还原电对和不同价态金属之间的电子跃迁,可以为氧气吸附和活化提供必要的表面活性中心。铁酸盐的纳微米棒形貌,具有较高的比表面积,有利于活性组分的充分暴露,进一步提升OER催化活性。同时炭黑具有较高的导电性,而纳微米棒状MFe2O4均匀分布在三维多孔炭黑的孔隙中,利用炭黑的高导电性充分改善了MFe2O4导电性差的缺陷,且炭黑的三维多孔结构有利于电解液的传质和与MFe2O4的充分接触以及氧气的及时逸出,并且三维多孔结构的炭黑对插入的MFe2O4起到了较好的分散作用,降低铁酸盐纳微米棒的团聚现象,同时实现MFe2O4在炭黑中的稳定负载,提高催化材料的稳定性。
优选的方案,纳微米棒状MFe2O4与三维多孔炭黑的质量百分比组成为:60%~90%:10%~40%。较优选的方案,纳微米棒状MFe2O4与三维多孔炭黑的质量百分比组成为:65%~85%:15%~35%。如果炭黑比例过高则活性成分含量较低,导致复合催化剂的催化活性低;炭黑比例过低,不能保证复合材料良好的导电性,且使MFe2O4纳微米棒不能得到很好的分散,活性组分难以得到充分的暴露。
本发明还提供了一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法,其包括以下步骤:
1)将镍盐和/或钴盐与铁盐、酒石酸钠、炭黑和水混合后,进行水热反应,得到前驱体;
2)将前驱体置于保护气氛中,进行焙烧,即得。
优选的方案,所述铁盐包括硝酸铁、硫酸铁、醋酸铁、氯化铁中至少一种。优选的铁盐为水溶性较好的铁盐,铁盐可以为含结晶水的铁盐,或者为不含结晶水的铁盐。
优选的方案,所述镍盐包括硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍、氯化镍中至少一种;优选的镍盐为水溶性较好的镍盐,镍盐可以为含结晶水的镍盐,或者为不含结晶水的镍盐。
优选的方案,所述钴盐包括硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化钴中至少一种;优选的钴盐为水溶性较好的钴盐,钴盐可以为含结晶水的钴盐,或者为不含结晶水的钴盐。
本发明采用酒石酸钠主要是作为络合剂,利用酒石酸可以高选择性络合溶液中的镍、钴及铁阳离子,从而有助于前驱体在焙烧过程中转化为高纯度的铁酸盐。
优选的方案,所述炭黑包括科琴炭黑、卡博特导电炭黑、乙炔炭黑中至少一种。
优选的方案,镍盐和/或钴盐与铁盐、酒石酸钠和炭黑的质量比为(10~25):(30~40):(30~60):(1~5)。较优选的方案,镍盐和/或钴盐与铁盐、酒石酸钠和炭黑的质量比为(15~20):(32~38):(40~50):(2~4)。酒石酸钠的用量应当控制在适当的比例范围内,其用量过多或过少都难以获得性能优异的MFe2O4/炭黑复合催化剂。
优选的方案,所述水热反应的条件:温度为80~160℃(较优选为100~140℃),时间为8~16h(较优选为10~14h)。
优选的方案,所述焙烧的条件为:温度为350~650℃,时间为0.5~4h。较优选的方案,焙烧的条件为:温度为400~600℃,时间为1~3h。焙烧过程的温度十分重要,温度较低,得不到高纯度的铁酸盐;温度过高,则容易导致铁酸盐团聚。焙烧过程中在氮气气氛、惰性气氛或他们的组合气氛下进行。
本发明的析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法具体如下:将铁盐和镍盐(和/或钴盐)溶于15mL去离子水中得到均匀的溶液A;将酒石酸钠溶于15mL去离子水中形成均匀的溶液B。在剧烈搅拌下将溶液B加入溶液A中,随后加入炭黑[铁盐、镍盐和/或钴盐、酒石酸钠和炭黑的质量比为(32~38):(15~20):(40~50):(2~4)],继续搅拌1h。将所得的悬浮液转移至50mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,在100~140℃保温反应10~14h。冷却至室温后,真空抽滤收集产物,用水与乙醇离心洗涤3次,在真空干燥箱内于65℃烘干,得到前驱体。前驱体在保护气氛下,置于管式炉中,以5℃min-1的速率升温至400~600℃,保温1~3h,自然降温,得到MFe2O4/炭黑。
本发明还提供了一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的应用,其作为电解水或金属-空气二次电池析氧电催化剂应用。
相对现有技术,本发明的技术方案带来的有益技术效果:
1、本发明的析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂由高活性的高纯MFe2O4纳微米棒与具有高导电性的三维多孔炭黑骨架有机结合得到,两者之间协同增效作用明显,复合催化剂表现出很高的OER催化活性,综合性能超越商业RuO2催化剂。
2、本发明的析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂制备方法简单,成本低,有利于工业化生产。
3、本发明的析氧MFe2O4/KB复合催化剂中MFe2O4纳微米棒与具有高导电性的三维多孔炭黑骨架有机结合有利于电解液向电极表面的扩散和氧气的及时逸出,并且三维多孔炭黑骨架对插入的MFe2O4纳微米棒起到了较好的分散和稳定负载的作用,防止MFe2O4纳微米棒团聚以及提高MFe2O4纳微米棒的负载稳定性;MFe2O4的本征电子结构有利于表面反应,同时高导电性的炭黑有利于电子转移,提高了复合材料的催化活性和稳定性。
4、本发明的析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂应用于电解水或金属~空气二次电池的析氧电催化剂,表现出活性高、稳定性好的特点,展现出良好的应用前景。
附图说明
【图1】为实施例1、实施例2、对比例1和对比例2中NiFe2O4/科琴炭黑(KB)、CoFe2O4/KB、NiFe2O4和CoFe2O4的XRD图,表明所制备的铁酸盐(铁酸镍或铁酸钴)纯度高。
【图2】为对比案例3中所得产物的XRD图,表明在合成NiFe2O4/KB中不加入酒石酸钠所得产物以Fe2O3为主,伴随少量的NiFe2O4。
【图3】为实施例1中NiFe2O4/KB的(a)SEM图、(c)TEM图、(c)HRTEM图和(d)EDS图,表明NiFe2O4纳微米棒插入在三维多孔的科琴炭黑骨架中;HRTEM图中间距为0.251和0.147nm的晶格条纹分别对应NiFe2O4的(311)和(440)晶面;相应EDX图表明材料的主要元素组成为Ni、Fe、O和C,且镍和铁的含量比约为1:2。
【图4】为实施例1中NiFe2O4/KB的(a)XPS总谱图以及(b)Ni 2p、(c)Fe2p和(d)O1s的高分辨XPS谱图,进一步表明NiFe2O4/KB的成功合成。
【图5】为实施例1、实施例2、对比例1、对比例2、对比例3和对比例8中NiFe2O4/KB、CoFe2O4/KB、NiFe2O4、CoFe2O4、Fe2O3~NiFe2O4/KB和RuO2在1.0M KOH溶液中的(a)线性扫描伏安曲线图、(b)电流密度为10mAcm-2时所需的过电位η、(c)Tafel曲线图和(d)1.55V(vs.RHE)时的交流阻抗图谱。【图6】为实例1、实施例2和对比例8中NiFe2O4/KB、CoFe2O4/KB和RuO2(a)进行2000圈CV循环前后的线性扫描伏安曲线和(b)计时电流曲线图。
具体实施方式
下面用实施例更详细地描述本发明内容,但并不限制本发明权利要求的保护范围。
实施例1
NiFe2O4/KB的制备分为两步,具体如下:
(1)将0.54g六水合氯化铁和0.29g六水合硝酸镍溶于15mL去离子水中得到均匀的溶液A;将0.69g二水酒石酸钠溶于15mL去离子水中形成均匀的溶液B。在剧烈搅拌下将溶液B加入溶液A中,随后加入科琴炭黑0.05g,继续搅拌1h。将所得的悬浮液转移至50mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,在120℃保温反应12h。冷却至室温后,真空抽滤收集产物,用水与乙醇离心洗涤3次,在真空干燥箱内于65℃烘干,得到前驱体。
(2)前驱体在保护气氛下,置于管式炉中,以5℃min-1的速率升温至500℃,保温2h,自然降温,得到NiFe2O4/KB。
采用X射线衍射技术(XRD,Bruke D8 Advance,Cu Kα,)对产品进行物相和晶体结构表征;通过扫描电子显微镜(SEM,Zeiss Sigma 500)对产品表面的形貌进行观察;通过透射电子显微镜(JEOL JEM-2100)对产品进行透射电子显微(TEM)和高分辨透射电子显微(HRTEM)表征,观察产品的微观形貌;样品表面的元素组成及价态采用X射线光电子能谱分析(XPS,K-Alpha+,Al-Kα)。
通过三电极系统在CHI660E电化学工作站上于室温下测试样品的电化学性能。工作电极的制备:称取4mg待测样品粉末,分散于去离子水、乙醇及5%Nafion溶液(体积比为0.46:0.5:0.04)的1mL混合液中,超声30min使样品均匀分散在溶液中。用移液枪汲取5μL悬浮液滴加到直径3mm的玻碳电极上,室温干燥后待测。在OER性能测试过程中,对电极为铂片电极,参比电极为Hg/HgO电极。样品OER活性的评价采用线性扫描伏安法(LSV),电解液为氧气饱和的1.0M KOH溶液,扫描速率为5mVs-1。OER稳定性测试是以100mV s-1的扫描速率循环2000圈后,比较循环前后LSV曲线偏移程度。计时电流法是在电流密度为10mA cm-2对应的电位下保持电压恒定,记录电流随时间的响应信号得到i-t曲线。
NiFe2O4/KB作为OER催化剂的起始电位为1.435V(vs.RHE)。在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为258mV(vs.RHE)。Tafel斜率为43.01mVdec-1。循环2000圈后,在电流密度为50mA cm-2时过电位仅增加了5mV。经过24h计时电流测试后,电流密度保持率约为99%。
实施例2
CoFe2O4/KB的制备分为两步,具体如下:
(1)将0.54g六水合氯化铁和0.29g六水合硝酸钴溶于15mL去离子水中得到均匀的溶液A;将0.69g二水酒石酸钠溶于15mL去离子水中形成均匀的溶液B。在剧烈搅拌下将溶液B加入溶液A中,随后加入科琴炭黑0.05g,继续搅拌1h。将所得的悬浮液转移至50mL内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中,在120℃保温反应12h。冷却至室温后,真空抽滤收集产物,用水与乙醇离心洗涤3次,在真空干燥箱内于65℃烘干,得到前驱体。
(2)前驱体在保护气氛下,置于管式炉中,以5℃min-1的速率升温至500℃,保温2h,自然降温,得到CoFe2O4/KB。
催化性能的评价方法同实施例1。
CoFe2O4/KB作为OER催化剂的起始电位为1.477V(vs.RHE)。在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为280mV(vs.RHE)。Tafel斜率为45.37mVdec-1。循环2000圈后,在电流密度为50mA cm-2时过电位增加了10mV。经过24h计时电流测试后,电流密度保持率约为90%。
对比例1
按照实施例1中的方法,在NiFe2O4/KB的制备中不加科琴碳黑,制备NiFe2O4。
催化性能的评价方法同实施例1。
NiFe2O4作为OER催化剂的起始电位为1.542V(vs.RHE)。在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为372mV(vs.RHE)。Tafel斜率为63.78mVdec-1。
对比例2
按照实施例2中的方法,在CoFe2O4/KB的制备中不加科琴碳黑,制备CoFe2O4。
催化性能的评价方法同实施例1。
CoFe2O4作为OER催化剂的起始电位为1.550V(vs.RHE)。在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为384mV(vs.RHE)。Tafel斜率为69.51mVdec-1。
对比例3
按照实施例1中的方法,NiFe2O4/KB的制备中不加二水酒石酸钠,制备Fe2O3-NiFe2O4/KB。
催化性能的评价方法同实施例1。
Fe2O3-NiFe2O4/KB作为OER催化剂的起始电位为1.587V(vs.RHE)。在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为460mV(vs.RHE)。Tafel斜率为92.47mVdec-1。
对比例4
按照实施例1中的方法,改变二水酒石酸钠的量为1.04g制备相应的对比例。
催化性能的评价方法同实施例1。
相应对比例作为OER催化剂在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为350mV(vs.RHE)。Tafel斜率为63.61mV dec-1。
对比例5
按照实施例1中的方法,改变二水酒石酸钠的量为1.38g制备相应的对比例。
催化性能的评价方法同实施例1。
相应对比例作为OER催化剂在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为370mV(vs.RHE)。Tafel斜率为71.63mV dec-1。
对比例6
按照实施例1中的方法,改变二水酒石酸钠的量为2.07g制备相应的对比例。
催化性能的评价方法同实施例1。
相应对比例作为OER催化剂在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为365mV(vs.RHE)。Tafel斜率为67.39mV dec-1。
对比例7
按照实施例1中的方法,改变二水酒石酸钠的量为2.76g制备相应的对比例。
催化性能的评价方法同实施例1。
相应对比例作为OER催化剂在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为390mV(vs.RHE)。Tafel斜率为86.78mV dec-1。
对比例8
以商用RuO2为OER催化剂。
催化性能的评价方法同实施例1。
RuO2作为OER催化剂的起始电位为1.499V(vs.RHE)。在电流密度为10mAcm-2时,所需的过电位η为304mV(vs.RHE)。Tafel斜率为57.74mVdec-1。循环2000圈后,在电流密度为50mA cm-2时过电位增加了23mV。经过24h计时电流测试后,电流密度保持率约为58%。
Claims (10)
1.一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂,其特征在于:由纳微米棒状MFe2O4插入在三维多孔炭黑的孔隙中构成,其中,M为镍和/或钴。
2.根据权利要求1所述的析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂,其特征在于:纳微米棒状MFe2O4与三维多孔炭黑的质量百分比组成为:60%~90%:10%~40%。
3.根据权利要求1或2所述的析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂,其特征在于:纳微米棒状MFe2O4与三维多孔炭黑的质量百分比组成为:65%~85%:15%~35%。
4.权利要求1~3任一项所述一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)将镍盐和/或钴盐与铁盐、酒石酸钠、炭黑及水混合后,进行水热反应,得到前驱体;
2)将前驱体置于保护气氛中,进行焙烧,即得。
5.根据权利要求4所述的一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法,其特征在于:
所述铁盐包括硝酸铁、硫酸铁、醋酸铁、氯化铁中至少一种;
所述镍盐包括硝酸镍、硫酸镍、醋酸镍、氯化镍中至少一种;
所述钴盐包括硝酸钴、硫酸钴、醋酸钴、氯化钴中至少一种;
所述炭黑包括科琴炭黑、卡博特导电炭黑、乙炔炭黑中至少一种。
6.根据权利要求4或5所述的一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法,其特征在于:镍盐和/或钴盐与铁盐、酒石酸钠和炭黑的质量比为(10~25):(30~40):(30~60):(1~5)。
7.根据权利要求4或5所述的一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法,其特征在于:镍盐和/或钴盐与铁盐、酒石酸钠和炭黑的质量比为(15~20):(32~38):(40~50):(2~4)。
8.根据权利要求4所述的一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法,其特征在于:所述水热反应的条件为:温度为80~160℃,时间为8~16h。
9.根据权利要求4所述的一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的制备方法,其特征在于:所述焙烧的条件为:温度为350~650℃,时间为0.5~4h。
10.权利要求1~3任一项所述的一种析氧MFe2O4/炭黑复合催化剂的应用方法,其特征在于:作为电解水或金属-空气二次电池析氧电催化剂应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111223715.XA CN113957469B (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 一种析氧铁酸镍或铁酸钴/炭黑复合催化剂及其制备方法和应用 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202111223715.XA CN113957469B (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 一种析氧铁酸镍或铁酸钴/炭黑复合催化剂及其制备方法和应用 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN113957469A true CN113957469A (zh) | 2022-01-21 |
CN113957469B CN113957469B (zh) | 2023-03-31 |
Family
ID=79465178
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202111223715.XA Active CN113957469B (zh) | 2021-10-21 | 2021-10-21 | 一种析氧铁酸镍或铁酸钴/炭黑复合催化剂及其制备方法和应用 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN113957469B (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115094479A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-23 | 福建省清流县东莹化工有限公司 | 电化学分解水电极用氟氧钴镍复合碳催化剂及其制备方法 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105800604A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-27 | 泰山医学院 | 一种石墨烯负载铁酸钴量子点的制备方法 |
CN108483517A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-04 | 山东大学 | 一种铁酸镍纳米片及其制备方法和应用 |
CN110102304A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-08-09 | 江苏载驰科技股份有限公司 | 一种铁酸镍催化剂的制备方法及应用 |
CN110534346A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-12-03 | 南京晓庄学院 | 富含氧缺陷的尖晶石型金属氧化物/石墨烯的复合电极材料及其制备方法 |
CN110624587A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-31 | 天津大学 | 一种激光辅助合成铁酸钴复合掺氮三维多孔石墨烯的制备方法 |
-
2021
- 2021-10-21 CN CN202111223715.XA patent/CN113957469B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105800604A (zh) * | 2016-04-22 | 2016-07-27 | 泰山医学院 | 一种石墨烯负载铁酸钴量子点的制备方法 |
CN108483517A (zh) * | 2018-04-03 | 2018-09-04 | 山东大学 | 一种铁酸镍纳米片及其制备方法和应用 |
CN110102304A (zh) * | 2019-04-03 | 2019-08-09 | 江苏载驰科技股份有限公司 | 一种铁酸镍催化剂的制备方法及应用 |
CN110534346A (zh) * | 2019-07-24 | 2019-12-03 | 南京晓庄学院 | 富含氧缺陷的尖晶石型金属氧化物/石墨烯的复合电极材料及其制备方法 |
CN110624587A (zh) * | 2019-09-23 | 2019-12-31 | 天津大学 | 一种激光辅助合成铁酸钴复合掺氮三维多孔石墨烯的制备方法 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
YU DING ET AL.: ""Single-Walled Carbon Nanotubes Wrapped CoFe2O4 Nanorods with Enriched Oxygen Vacancies for Efficient Overall Water Splitting"", 《ACS APPLIED ENERGY MATERIALS》 * |
陈祥等: ""尖晶石型金属氧化物催化剂与金属-空气电池"", 《储能科学与技术》 * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115094479A (zh) * | 2022-07-25 | 2022-09-23 | 福建省清流县东莹化工有限公司 | 电化学分解水电极用氟氧钴镍复合碳催化剂及其制备方法 |
CN115094479B (zh) * | 2022-07-25 | 2023-09-05 | 福建省清流县东莹化工有限公司 | 电化学分解水电极用氟氧钴镍复合碳催化剂及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN113957469B (zh) | 2023-03-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Ding et al. | Mesoporous nickel-sulfide/nickel/N-doped carbon as HER and OER bifunctional electrocatalyst for water electrolysis | |
Peng et al. | N-doped carbon shell coated CoP nanocrystals encapsulated in porous N-doped carbon substrate as efficient electrocatalyst of water splitting | |
CN108855184B (zh) | 一种高性能析氧CoO@Co-NC/C复合催化剂及其制备方法和应用 | |
Ge et al. | The addition of ortho-hexagon nano spinel Co3O4 to improve the performance of activated carbon air cathode microbial fuel cell | |
CN109847778B (zh) | 一种用于电解水析氧的二硫化钴/碳氮复合材料及其合成方法 | |
Jiang et al. | CoP nanostructures with different morphologies: synthesis, characterization and a study of their electrocatalytic performance toward the hydrogen evolution reaction | |
Xiao et al. | Co/CoNx decorated nitrogen-doped porous carbon derived from melamine sponge as highly active oxygen electrocatalysts for zinc-air batteries | |
Rao et al. | Template-free synthesis of coral-like nitrogen-doped carbon dots/Ni3S2/Ni foam composites as highly efficient electrodes for water splitting | |
Li et al. | Co9S8-porous carbon spheres as bifunctional electrocatalysts with high activity and stability for oxygen reduction and evolution reactions | |
CN112517011B (zh) | 一种碳基镍铁双金属析氧催化剂及其制备方法 | |
CN112481653B (zh) | 一种富含缺陷的钼掺杂硒化钴/纳米碳电催化剂及其制备方法和应用 | |
CN113862693B (zh) | 一种氮掺杂介孔碳负载高分散Ru纳米颗粒催化剂的制备方法及其应用 | |
CN110102331B (zh) | 一种高性能析氧二硒化钴/四硒化三镍@nc/c复合催化剂及其制备方法和应用 | |
CN111054418B (zh) | 一种析氧/析氢二维一氧化钴@二硒化钴@氮掺杂碳纳米管/石墨烯双功能复合催化剂 | |
Feng et al. | Copper-doped ruthenium oxide as highly efficient electrocatalysts for the evolution of oxygen in acidic media | |
CN111634954B (zh) | 铁改性的自组装花球结构的钴铁氧化物及其制备与应用 | |
Zhu et al. | Efficient electrocatalytic oxygen evolution by Fe3C nanosheets perpendicularly grown on 3D Ni foams | |
Zhang et al. | Coral-like hierarchical architecture self-assembled by cobalt hexacyanoferrate nanocrystals and N-doped carbon nanoplatelets as efficient electrocatalyst for oxygen evolution reaction | |
Li et al. | CoP-anchored high N-doped carbon@ graphene sheet as bifunctional electrocatalyst for efficient overall water splitting | |
Li et al. | Effect of Fe doping on Co-S/carbon cloth as bifunctional electrocatalyst for enhanced water splitting | |
Shang et al. | Effect of Co-Fe alloy nanoparticles on the surface electronic structure of molybdenum disulfide nanosheets and its application as a bifunctional catalyst for rechargeable zinc air battery | |
CN113957469B (zh) | 一种析氧铁酸镍或铁酸钴/炭黑复合催化剂及其制备方法和应用 | |
Liu et al. | Ru/MoO2 decorated on CNT networks as an efficient electrocatalyst for boosting hydrogen evolution reaction | |
CN111495413B (zh) | 一种析氧二硒化钴/二氧化锡@氮掺杂科琴炭黑复合催化剂及其制备方法和应用 | |
Xiao et al. | Boosting oxygen evolution in seawater media at large current density via boron-doped (Ni, Fe) OOH grown on Ni3N nanosheets |
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 |