CN113976122B - 一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法 - Google Patents
一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113976122B CN113976122B CN202111369392.5A CN202111369392A CN113976122B CN 113976122 B CN113976122 B CN 113976122B CN 202111369392 A CN202111369392 A CN 202111369392A CN 113976122 B CN113976122 B CN 113976122B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- nio
- heating
- powder
- electrolytic water
- mixture
- 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
Links
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 54
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 title claims abstract description 43
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 54
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 54
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 50
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 48
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 48
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 42
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 claims abstract description 23
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 claims abstract description 17
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 claims abstract description 17
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims abstract description 15
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims abstract description 14
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 claims abstract description 9
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 9
- AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N nickel(2+);dinitrate;hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O AOPCKOPZYFFEDA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims abstract description 7
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 54
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 46
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 45
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 28
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims description 22
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 9
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 6
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 abstract description 10
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 24
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 20
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 20
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Substances [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 13
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 8
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 8
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 7
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 6
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 5
- 238000011161 development Methods 0.000 description 5
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 3
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 2
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910000480 nickel oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 2
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 description 1
- DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N [C].[Pt] Chemical compound [C].[Pt] DSVGQVZAZSZEEX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- CRBDXVOOZKQRFW-UHFFFAOYSA-N [Ru].[Ir]=O Chemical group [Ru].[Ir]=O CRBDXVOOZKQRFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007809 chemical reaction catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation 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
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 238000002309 gasification Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N nickel(ii) nitrate Chemical compound [Ni+2].[O-][N+]([O-])=O.[O-][N+]([O-])=O KBJMLQFLOWQJNF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
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
- B01J23/74—Iron group metals
- B01J23/755—Nickel
-
- 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
-
- 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
- C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
-
- 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
- C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
- C25B11/057—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of a single element or compound
- C25B11/065—Carbon
-
- 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
-
- 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)
- Electrochemistry (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本发明公开了一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法，包括以下步骤：(1)将六水硝酸镍、氯化钾、氯化钠混合研磨均匀并加热；(2)加热后将混合物冷却至室温后进行离心处理；(3)将离心后的产物真空干燥处理得到NiO粉末；(4)将NiO粉末在惰性气氛下加热还原得到NiO/Ni粉末材料；(5)将NiO粉末和NiO/Ni粉末均匀分散在N,N‑二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯的混合液中，将其滴涂在碳纤维纸上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料。该方法通过简单可行的材料选用和合成路线增加了催化剂制备的工作效率，为开发低成本、高活性的双功能电解水催化剂提供了简便可行的新方案。
Description
技术领域
本发明涉及电解水催化剂技术领域，具体涉及一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法。
背景技术
随着传统能源需求危机与环境污染问题的加重，寻找可再生能源和清洁能源来取代传统化石燃料已是迫在眉睫。氢由于来源丰富、燃烧值高、密度小、可利用形式多、无污染、可储存等诸多优点被认为是未来的潜在清洁燃料。氢可由可再生能源如：水力、风能、太阳能、生物质能等和不可再生能源如煤、天然气等以及二次能源电能产生。氢可应用于传统领域和新兴交通用车以及氢能发电等。所以，氢能是作为替代传统能源的不二选择。整个氢能产业链可基本分为上游制氢、中游储运和下游应用三部分。本研究工作着重于上游制氢部分，制氢有多种途径，如工业尾气制氢、化工石化原料制氢、电解水制氢和新型制氢等。煤气化制氢的二氧化碳排放量高达193kg/GJ，天然气制氢有69kg/GJ，都不利于环保。而电解水制氢几乎对环境没有污染并且可持续利用，是一种最洁净、可持续的制氢途径，并且是未来制氢的主要发展方向。发展电解水制氢，为响应国家节能减排和可持续发展的要求，可利用弃水、风、光、等可再生能源转化的电能，这有利于电解水制氢产业的发展。
电解水制氢中的核心场所是阳极催化层与阴极催化层，因此阴阳极催化剂材料的选择与合成非常重要。在电解水的催化过程中，电极催化剂材料可通过改变反应路径，降低反应活化能，使反应速率加快。催化反应速率越快，其析氢活性越好。一般来说，电极材料对反应速率的影响可分为电子结构效应(电极的能带、态密度等)和表面结构效应(化学结构、原子排列结构等)，这两者相互影响、共同决定电催化反应的活性。因此，设计合适的催化剂材料可以从其化学组成、表面形貌、电子结构等方面入手。目前催化活性最为优异的析氢催化剂是以Pt为代表的贵金属，析氧催化剂是以铱钌氧化物为代表。但是它们的稀缺性和高成本限制了其在工业应用的大规模发展。因此，制备具有优异催化活性的高储量、低成本的基于过渡金属的双功能催化剂是非常重要且有意义的研究。
目前根据各国氢能产业化发展需求，清洁有效的制氢方式与廉价高效的析氢催化剂的制备成为研究热点，电解水制氢作为一种成熟、环保且高效的制氢方式已经被众多科研人员采用，而用于产氢的析氢催化剂和产氧的析氧催化剂的材料种类十分繁多，在这些催化剂中仍然存在一些问题：(1)催化剂原材料的选择，目前商业电解水制氢中，大多数仍然是采用成本较高的贵金属如铂碳作为析氢催化剂，选用贵金属氧化物如氧化钌作为析氧催化剂；(2)目前阴阳极催化剂都是两种不同的材料，这催化剂需要经过不同的选取、不同的购买渠道、不同的制备方法等繁琐的过程，目前的研究主要集中在开发针对析氢反应或析氧反应的单功能催化剂，在实际应用中需设计两种不同类型的催化剂，增加了电解水设备的复杂性；(3)目前的异质结催化剂的制备材料大多源于不同材料，这使得在异质结复合材料工艺方面增加了工作量。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法。该方法通过简单可行的材料选用和合成路线增加了催化剂制备的工作效率，为开发低成本、高活性的双功能电解水催化剂提供了简便可行的新方案。
为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案；
一种NiO/Ni双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将六水硝酸镍、氯化钾、氯化钠混合研磨均匀并加热；(2)加热后将混合物冷却至室温后进行离心处理；(3)将离心后的产物真空干燥处理得到NiO粉末；(4)将NiO粉末在惰性气氛下加热还原得到NiO/Ni粉末材料；(5)将NiO粉末和NiO/Ni粉末均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯的混合液中，将其滴涂在碳纤维纸上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料。
进一步的技术方案为，所述六水硝酸镍、氯化钾、氯化钠对的摩尔比为Ni(NO3)2·6H2O:(KCl+NaCl)＝1:10，其中NaCl:KCl＝1:1。
进一步的技术方案为，步骤(1)中加热方法具体为将混合物置于马弗炉中，并将温度设置为550～700℃，加热时间30～90min，升温速率10～20℃/min。
进一步的技术方案为，步骤(2)中离心处理具体为将冷却后的混合物转移至离心管中，再依次用去离子水和无水乙醇分别离心2次，转速6000～10000r/min，时间2～5min。
进一步的技术方案为，步骤(3)中干燥处理具体为55～60℃下干燥10～14h。
进一步的技术方案为，步骤(4)具体为将NiO粉末在氢氩混合气氛下还原，还原气体流速为5～20ml/min，还原温度400～450℃，升温速率5～20℃/min，还原时间1～30min。
进一步的技术方案为，氢氩混合气氛中氩气的体积比为95％，氢气比为5％。
本发明还提供一种由上述制备方法制备得到的NiO/Ni双功能电解水催化剂。
下面对本发明进行进一步的解释和说明。
电解水是一种重要的产氢方式，其效率依赖于高效的阴极氢析出反应电催化剂和阳极氧析出反应催化剂，而电解水规模化应用的关键是如何降低阳极析氧反应(OER)和阴极析氢反应(HER)的过电位，实现在低电位下的大电流产氢，进而降低电能消耗与制氢成本，目前Pt和RuO2分别具有最好的析氢和析氧性能，但其稀少的储量和昂贵的价格极大限制了它们在工业上的应用。因此，选用储量丰富、价格低廉的过渡金属基—镍基材料作为原材料能有效解决该问题。
现有催化剂通常只对一种反应(OER或HER)具有较高的催化活性，如金属Ni一般具有HER活性，而NiO一般具有OER活性，因此电解水反应需要两种不同类型催化剂，这使得电解水设备更加复杂，运行成本增加。本发明将不同功能的催化剂合成一种分级结构的异质结复合材料—Ni/NiO，构筑了一种双功能全解水催化剂，可以有效解决上述问题。
现有的异质结双功能催化剂，大多原材料采用和制备工艺复杂多样，这增加了催化剂合成过程中的工作量。本发明原料简单，通过硝酸镍(Ni(NO3)2·6H2O)—氧化镍(NiO)—镍/氧化镍(Ni/NiO)的简单合成路线，能够快速有效地得到所需材料，增加了催化剂制备的效率。本发明制备的Ni/NiO保留了NiO的不规则多面体形貌，该多面体不同晶面可分别促进其HER和OER活性位点的暴露，利于加快电解水反应，提高能量转换率。
综上所述，本发明具有如下有益效果：采用本发明提供的方法制备得到的复合Ni/NiO材料，由于Ni和NiO之间的电子相互作用以及保留的不规则多面体形貌使电催化剂能具有优异的全解水活性，为开发低成本、高活性的双功能电解水催化剂提供了一种有效的设计思路。
附图说明
图1为实施例1-4的XRD图；
图2为对比例的XRD图；
图3为对比例1的NiO粉末SEM图；
图4为实施例1的Ni/NiO粉末SEM图；
图5为实施例2的Ni/NiO粉末SEM图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步的解释和说明。
对比例一
将六水硝酸镍[Ni(NO3)2·6H2O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO3)2·6H2O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至550℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇分别进行离心5min，转速为6000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。将该NiO粉末用DMF(N,N-二甲基甲酰胺)和PVDF(聚偏氟乙烯)混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。分别采用石墨电极棒和铂片作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，1.0M KOH作为电解液，测试结果如表3所示。
对比例二
将六水硝酸镍[Ni(NO3)2·6H2O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO3)2·6H2O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至600℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇进行离心4min，转速为7000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。将该NiO粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0MKOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。分别采用石墨电极棒和铂片作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，1.0M KOH作为电解液，测试结果如表3所示。
对比例三
将六水硝酸镍[Ni(NO3)2·6H2O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO3)2·6H2O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至650℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇进行离心3min，转速为8000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。将该NiO粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0MKOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。分别采用石墨电极棒和铂片作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，1.0M KOH作为电解液，测试结果如表3所示。
对比例四
将六水硝酸镍[Ni(NO3)2·6H2O]、氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)按照摩尔比例[Ni(NO3)2·6H2O:(KCl+NaCl)＝1:10，NaCl:KCl＝1:1]混合研磨均匀并置于石英舟中，将上述石英舟置于马弗炉中，从室温升温至700℃下保温60min，升温速率10℃/min，待其冷却至室温，依次用去离子水和无水乙醇进行离心2min，转速为10000r/min，然后将其置于真空干燥箱60℃下干燥12h，即可得到NiO粉末。将该NiO粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0MKOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。分别采用石墨电极棒和铂片作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，1.0M KOH作为电解液，测试结果如表3所示。
实施例一
称取一定量的从对比例一得到的NiO粉末，并将其转移至坩埚中，将坩埚置于管式炉中，用氢氩混合气中的H2对其进行部分还原。升温前先通入氢氩混合气(Ar:95％，H2:5％)30min，气体流速100mL·min-1，以除去管中空气；随后调整气体流速为10mL·min-1，将管式炉升温至450℃并在该温度下保持30min，升温速率10℃/min，待管式炉冷却至室温后，关闭气体，取出样品即得NiO/Ni。将该NiO/Ni粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。分别采用石墨电极棒和铂片作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，1.0M KOH作为电解液，测试结果如表4所示。
实施例二
称取一定量的从对比例二得到的NiO粉末，并将其转移至坩埚中，将坩埚置于管式炉中，用氢氩混合气中的H2对其进行部分还原。升温前先通入氢氩混合气(Ar:95％，H2:5％)30min，气体流速100mL·min-1，以除去管中空气；随后调整气体流速为10mL·min-1，将管式炉升温至450℃并在该温度下保持10min，升温速率10℃/min，待管式炉冷却至室温后，关闭气体，取出样品即得NiO/Ni。将该NiO/Ni粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。分别采用石墨电极棒和铂片作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，1.0M KOH作为电解液，测试结果如表4所示。
实施例三
称取一定量的从对比例二得到的NiO粉末，并将其转移至坩埚中，将坩埚置于管式炉中，用氢氩混合气中的H2对其进行部分还原。升温前先通入氢氩混合气(Ar:95％，H2:5％)30min，气体流速100mL·min-1，以除去管中空气；随后调整气体流速为20mL·min-1，将管式炉升温至450℃并在该温度下保持1min，升温速率5℃/min，待管式炉冷却至室温后，关闭气体，取出样品即得NiO/Ni。将该NiO/Ni粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试，分别采用石墨电极棒和铂片作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，1.0M KOH作为电解液，测试结果如表4所示。
实施例四
称取一定量的从对比例二得到的NiO粉末，并将其转移至坩埚中，将坩埚置于管式炉中，用氢氩混合气中的H2对其进行部分还原。升温前先通入氢氩混合气(Ar:95％，H2:5％)30min，气体流速100mL·min-1，以除去管中空气；随后调整气体流速为15mL·min-1，将管式炉升温至400℃并在该温度下保持20min，升温速率15℃/min，待管式炉冷却至室温后，关闭气体，取出样品即得NiO/Ni。将该NiO/Ni粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。分别采用石墨电极棒和铂片作为对电极，Hg/HgO作为参比电极，1.0M KOH作为电解液，测试结果如表4所示。
实施例五
称取一定量的从对比例二得到的NiO粉末，并将其转移至坩埚中，将坩埚置于管式炉中，用氢氩混合气中的H2对其进行部分还原。升温前先通入氢氩混合气(Ar:95％，H2:5％)30min，气体流速100mL·min-1，以除去管中空气；随后调整气体流速为5mL·min-1，将管式炉升温至400℃并在该温度下保持25min，升温速率5℃/min，待管式炉冷却至室温后，关闭气体，取出样品即得NiO/Ni。将该NiO/Ni粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。
实施例六
称取一定量的从对比例二得到的NiO粉末，并将其转移至坩埚中，将坩埚置于管式炉中，用氢氩混合气中的H2对其进行部分还原。升温前先通入氢氩混合气(Ar:95％，H2:5％)30min，气体流速100mL·min-1，以除去管中空气；随后调整气体流速为10mL·min-1，将管式炉升温至450℃并在该温度下保持10min，升温速率20℃/min，待管式炉冷却至室温后，关闭气体，取出样品即得NiO/Ni。将该NiO/Ni粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。
实施例七
称取一定量的从对比例三得到的NiO粉末，并将其转移至坩埚中，将坩埚置于管式炉中，用氢氩混合气中的H2对其进行部分还原。升温前先通入氢氩混合气(Ar:95％，H2:5％)30min，气体流速100mL·min-1，以除去管中空气；随后调整气体流速为15mL·min-1，将管式炉升温至450℃并在该温度下保持15min，升温速率10℃/min，待管式炉冷却至室温后，关闭气体，取出样品即得NiO/Ni。将该NiO/Ni粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。
实施例八
称取一定量的从对比例四得到的NiO粉末，并将其转移至坩埚中，将坩埚置于管式炉中，用氢氩混合气中的H2对其进行部分还原。升温前先通入氢氩混合气(Ar:95％，H2:5％)30min，气体流速100mL·min-1，以除去管中空气；随后调整气体流速为20mL·min-1，将管式炉升温至400℃并在该温度下保持30min，升温速率15℃/min，待管式炉冷却至室温后，关闭气体，取出样品即得NiO/Ni。将该NiO/Ni粉末用DMF和PVDF混合后，将其滴涂在2*1cm的碳纤维纸(CFP)上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料，并将其在碱性条件(1.0M KOH)下用电化学工作站进行电化学HER和OER测试。
表1对比例参数表
表2实施例参数表
表3对比例电解水析氢和析氧性能测试结果
注：表3中的Δη10为电流密度为10mA·cm-2时，对比例相对于未负载任何物质的CFP所减小的过电位差值(Δη10＝ηCFP-η对比例)。
表4实施例电解水析氢和析氧性能测试结果
注：表4中的Δη10为电流密度为10mA·cm-2时，实施例相对于对比例一所减小的过电位差值(Δη10＝η对比例-η实施例)
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。
Claims (5)
1.一种NiO/Ni双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将六水硝酸镍、氯化钾、氯化钠混合研磨均匀并加热；步骤(1)中加热方法具体为将混合物置于马弗炉中，并将温度设置为550～700℃，加热时间30～90min，升温速率10～20℃/min；所述六水硝酸镍、氯化钾、氯化钠的摩尔比为Ni(NO3)2·6H2O:(KCl+NaCl)＝1:10，其中NaCl:KCl＝1:1；(2)加热后将混合物冷却至室温后进行离心处理；(3)将离心后的产物真空干燥处理得到NiO粉末；(4)将NiO粉末在惰性气氛下加热还原得到NiO/Ni粉末材料；步骤(4)具体为将NiO粉末在氢氩混合气氛下还原，还原气体流速为5～20ml/min，还原温度400～450℃，升温速率5～20℃/min，还原时间1～30min；(5)将NiO粉末和NiO/Ni粉末均匀分散在N,N-二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯的混合液中，将其滴涂在碳纤维纸上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料。
2.根据权利要求1所述的NiO/Ni双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中离心处理具体为将冷却后的混合物转移至离心管中，再依次用去离子水和无水乙醇分别离心2次，转速6000～10000r/min，时间2～5min。
3.根据权利要求1所述的NiO/Ni双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中干燥处理具体为55～60℃下干燥10～14h。
4.根据权利要求1所述的NiO/Ni双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于，氢氩混合气氛中氩气的体积比为95％，氢气比为5％。
5.一种NiO/Ni双功能电解水催化剂，其特征在于，采用权利要求1-4任意一项所述的制备方法制备得到。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111369392.5A CN113976122B (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111369392.5A CN113976122B (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113976122A CN113976122A (zh) | 2022-01-28 |
| CN113976122B true CN113976122B (zh) | 2023-11-03 |
Family
ID=79749340
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111369392.5A Active CN113976122B (zh) | 2021-11-18 | 2021-11-18 | 一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113976122B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115121253B (zh) * | 2022-06-23 | 2023-06-09 | 四川启睿克科技有限公司 | 一种基于晶面效应策略的NiO/g-C3N4光催化制氢阴极材料及其制备方法 |
| CN115142087A (zh) * | 2022-06-27 | 2022-10-04 | 上海嘉氢源科技有限公司 | 多孔双功能分解水电催化剂及其制备方法、电解池与应用 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101624215A (zh) * | 2008-07-10 | 2010-01-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 纳米氧化镍的制备方法 |
| CN109277111A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-01-29 | 郑州师范学院 | 一种氧化镍/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法 |
| CN109675568A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-04-26 | 东北大学 | 一种Ni/NiO复合材料的原位制备方法及其应用 |
| CN110876946A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-03-13 | 湖南理工学院 | 一种MoS2-RGO-NiO@Ni泡沫复合光电催化析氢材料及制备方法 |
| CN111659439A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-15 | 南京师范大学 | 一种负载NiS/NiO异质结的氮掺杂碳纳米复合材料及其制备方法和用途 |
| CN112921337A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-08 | 三峡大学 | Ni/NiO/TiO2异质结材料的制备方法及其双功能催化电解水的应用 |
-
2021
- 2021-11-18 CN CN202111369392.5A patent/CN113976122B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101624215A (zh) * | 2008-07-10 | 2010-01-13 | 中国石油化工股份有限公司 | 纳米氧化镍的制备方法 |
| CN109277111A (zh) * | 2018-12-10 | 2019-01-29 | 郑州师范学院 | 一种氧化镍/石墨相氮化碳复合材料及其制备方法 |
| CN109675568A (zh) * | 2019-01-10 | 2019-04-26 | 东北大学 | 一种Ni/NiO复合材料的原位制备方法及其应用 |
| CN110876946A (zh) * | 2019-11-14 | 2020-03-13 | 湖南理工学院 | 一种MoS2-RGO-NiO@Ni泡沫复合光电催化析氢材料及制备方法 |
| CN111659439A (zh) * | 2020-06-02 | 2020-09-15 | 南京师范大学 | 一种负载NiS/NiO异质结的氮掺杂碳纳米复合材料及其制备方法和用途 |
| CN112921337A (zh) * | 2021-01-21 | 2021-06-08 | 三峡大学 | Ni/NiO/TiO2异质结材料的制备方法及其双功能催化电解水的应用 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| Kaihong Xie et al..Ni/NiO hybrid nanostructure supported on biomass carbon for visible-light photocatalytic hydrogen evolution，《J Mater Sci》.2021,第56卷第12775–12788页. * |
| Xuerui Yi et al..Surface strain engineered Ni-NiO for boosting hydrogen evolution reaction in alkaline media，《Electrochimica Acta》.2021,第391卷第138985（1-9）页. * |
| 周立群等.纳米氧化镍的固相合成，《应用化学》.2006,第23卷(第6期),第682-684页. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113976122A (zh) | 2022-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113976122B (zh) | 一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法 | |
| CN111437846B (zh) | 一种多孔CoO/CoP纳米管及其制备方法和应用 | |
| CN110127655B (zh) | 一步煅烧法制备生物质碳负载的磷化钴电极材料的方法 | |
| 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 | |
| CN102088089A (zh) | 燃料电池复合电极的制备方法及其测试装置 | |
| CN115305480A (zh) | 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN109873172B (zh) | 一种甲醇燃料电池催化剂的制备方法 | |
| CN115125547B (zh) | Mo/Nb双掺杂Co中空介孔碳纳米盒催化剂的制备及应用 | |
| CN109786773B (zh) | 一种PtPdCu三元合金催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN112090426A (zh) | 一种金属亚稳相电解水析氧催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN110876961A (zh) | Co/Mo2C-MOF树叶状的纳米片、制备方法及其作为电催化全分解水催化剂的应用 | |
| CN116145176A (zh) | 一步原位制备非晶态硫化镍钴铁纳米片阵列析氧电极的方法 | |
| CN113832479B (zh) | 一种Fe2O3(Ti)@NH2-MIL-101(Fe)复合光电催化剂及其制备方法 | |
| CN116065185A (zh) | 一种快速构筑纳米圆锥支撑纳米片电催化剂的制备方法 | |
| CN115341236A (zh) | 一种二硒化钴电催化剂及其制备方法与应用 | |
| Ma et al. | Development of Hydrogen Energy Storage Industry and Research Progress of Hydrogen Production Technology | |
| CN115305496A (zh) | 一种稀土铈掺杂磷化钴/磷化铁异质材料的制备方法和应用 | |
| CN108808026B (zh) | 一种金属空气电池氧电极催化剂材料及其制备方法和应用 | |
| 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 | |
| CN114808012B (zh) | 一种磷化物/二元金属氮化物纳米多孔异质结电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN113913859B (zh) | 一种全pH范围适用的电解水催化剂及其制备方法 | |
| CN115786964B (zh) | 钴基尖晶石Cu0.7Co2.3O4电催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN115318316B (zh) | 一种MoRuP负载碳纳米带的制法、MoRuP负载碳纳米带及应用 | |
| CN115747870B (zh) | 一种钴掺杂碳化镍催化剂的制备方法及其应用 | |
| CN112746285B (zh) | 一种焦磷酸氧钒-磷化镍纳米复合催化剂及其制备方法和应用 |
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 |