CN113991130B - 一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法 - Google Patents
一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113991130B CN113991130B CN202111258591.9A CN202111258591A CN113991130B CN 113991130 B CN113991130 B CN 113991130B CN 202111258591 A CN202111258591 A CN 202111258591A CN 113991130 B CN113991130 B CN 113991130B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- cobalt
- nickel alloy
- oxygen reduction
- polyacrylonitrile
- catalytic 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
Links
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 63
- ZGDWHDKHJKZZIQ-UHFFFAOYSA-N cobalt nickel Chemical compound [Co].[Ni].[Ni].[Ni] ZGDWHDKHJKZZIQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 63
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 50
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 50
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 title claims abstract description 50
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 title claims abstract description 48
- 230000009467 reduction Effects 0.000 title claims abstract description 47
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 44
- 239000000463 material Substances 0.000 title claims abstract description 41
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 title claims abstract description 39
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 48
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims abstract description 45
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 42
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 37
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims abstract description 28
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims abstract description 25
- 238000001523 electrospinning Methods 0.000 claims abstract description 22
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000000725 suspension Substances 0.000 claims abstract description 22
- GFHNAMRJFCEERV-UHFFFAOYSA-L cobalt chloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Co+2] GFHNAMRJFCEERV-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims abstract description 18
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 18
- 238000010041 electrostatic spinning Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000004321 preservation Methods 0.000 claims abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 238000009987 spinning Methods 0.000 claims description 13
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 10
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 10
- LAIZPRYFQUWUBN-UHFFFAOYSA-L nickel chloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].[Cl-].[Ni+2] LAIZPRYFQUWUBN-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 10
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 9
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 229940044631 ferric chloride hexahydrate Drugs 0.000 abstract 1
- NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K iron trichloride hexahydrate Chemical compound O.O.O.O.O.O.[Cl-].Cl[Fe+]Cl NQXWGWZJXJUMQB-UHFFFAOYSA-K 0.000 abstract 1
- 229940083608 sodium hydroxide Drugs 0.000 abstract 1
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 33
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 8
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 4
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 2
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 1
- 230000014509 gene expression Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000004729 solvothermal method Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052723 transition metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003624 transition metals Chemical class 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
- H01M4/9041—Metals or alloys
-
- 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
-
- 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)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Catalysts (AREA)
- Artificial Filaments (AREA)
Abstract
本发明公开了一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法，属于氧还原电催化领域。包括以下步骤：将六水氯化钴、六水氯化铁和氢氧化钠溶解在乙二醇中，得到混合溶液；将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至150～180℃并保温反应；反应完成后的溶液洗涤、干燥，得到钴镍合金；将聚丙烯腈溶解在N,N‑二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液；将钴镍合金加入到所述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液；将电纺液进行静电纺丝得到复合材料；将复合材料干燥，得到复合氧还原催化材料。本发明制备的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合材料结构稳定、制备过程简单、具有优异的电催化氧还原性能，适合工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明属于氧还原电催化领域，具体涉及一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法。
背景技术
来源于化石燃料的能源供应存在储量有限并且对环境有污染等问题，开发清洁、低成本、高效和可再生的能源是实现可持续发展的有效策略。其中，能源转换装置在新能源的开发与应用中起着重要的作用，如燃料电池、金属-空气电池等。而燃料电池和金属-空气电池的正极氧还原反应动力学速率比较缓慢，甚至无法发生。因此，在这种情况下，高效的氧还原电催化反应是这些能源转换技术的关键。
由于贵金属Pt的d电子轨道没有填满，其表面易吸附反应物，且强度较大，因而具有很高的催化活性。截止目前，贵金属Pt基电催化剂仍然是应用在燃料电池和金属空气电池中的主要催化材料。但其储量有限、资源匮乏并且价格高昂，导致燃料电池和金属空气电池无法大规模商业化应用。
过渡金属钴镍合金具有优良的催化活性，其合金纳米颗粒提供了大量的活性中心，而且其稳定性也非常好。在此基础上使钴镍合金纳米粒子之间形成一个有效且连通的电子传输网络，能提高其导电性及稳定性，从而提高其氧还原催化活性。
发明内容
为了提高复合材料的氧还原催化性能，本发明的主要目的是为提供聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法，本发明制备的金复合氧还原催化材料提高催化效率，提高电流密度，降低成本，提高稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料的制备方法，包括以下步骤：
将六水氯化钴、六水氯化镍和氢氧化钠溶解在乙二醇中，得到混合溶液；将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至150～180℃并保温反应；反应完成后的溶液洗涤、干燥，得到钴镍合金；
将聚丙烯腈溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液；将钴镍合金加入到所述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液；
将电纺液进行静电纺丝得到复合材料；将复合材料干燥，得到复合氧还原催化材料。
作为本发明的进一步改进，六水氯化钴和六水氯化镍的质量为(1:1)～(1:2)，六水氯化钴与氢氧化钠的质量比为(1:3)～(1:5)。
作为本发明的进一步改进，六水氯化钴与乙二醇的配比为(2～4)g:1L。
作为本发明的进一步改进，所述将反应完成后的溶液洗涤中，采用乙醇洗涤。
作为本发明的进一步改进，所述聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺的配比为(40～80)g:1L。
作为本发明的进一步改进，所述钴镍合金和N,N-二甲基甲酰胺的配比为(20～40)g:1L。
作为本发明的进一步改进，所述静电纺丝的工艺为：纺丝电压为15～18kV，注射器推注速率为0.8～1.2mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为10～20cm。
作为本发明的进一步改进，两次干燥条件均为在50～80℃下真空干燥。
作为本发明的进一步改进，复合氧还原催化材料包括聚丙烯腈和钴镍合金，其中，聚丙烯腈呈纤维状，钴镍合金嵌挂在纤维上；所述钴镍合金的质量百分比为30～35％，所述聚丙烯腈的质量百分比为65～70％。
一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料，由所述的制备方法制得，该材料的氧还原半波电位能够达到0.83V。
本发明提供的技术方案具有如下有益效果：
本发明的复合催化材料，由于采用聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料，可应用在燃料电池和金属-空气电池领域；本发明利用钴镍合金优良的氧还原催化性能来提高电催化效果，同时利用聚丙烯腈提供的交联结构提高导电性；本发明采用溶剂热法和静电纺丝法，通过改变聚丙烯腈和钴镍合金的含量，获得了较好的析氧电催化性能；本发明制备方法简单、生产成本低、后续处理简便并且无需复杂的合成设备。
附图说明
图1是实施例1制得的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合材料的SEM图；
图2是实施例1制得的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合材料的氧还原电催化剂的LSV图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
本发明提供了聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合材料的氧还原电催化材料的制备方法，包括以下步骤：
1)将六水氯化钴、六水氯化镍和氢氧化钠溶解在乙二醇中，得到混合溶液；六水氯化钴和六水氯化镍的质量为1:1～1:2，六水氯化钴与氢氧化钠的质量比为1:3～1:5，六水氯化钴与乙二醇的配比为(2～4)g:1L。
2)将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至150～180℃并保温12～18h；
3)反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱50～80℃干燥，得到钴镍合金；
4)将聚丙烯腈溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液；聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺的配比为(40～80)g:1L。
5)将钴镍合金加入到上述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液；
6)将电纺液进行静电纺丝；纺丝电压为15～18kV，注射器推注速率为0.8～1.2mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为10～20cm。
7)在50～80℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合氧还原催化材料。
本发明还提供一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料，基于上述制备方法得到，包括聚丙烯腈和钴镍合金两部分，其中，聚丙烯腈呈纤维状，钴镍合金嵌挂在纤维上，该材料的氧还原半波电位能够达到0.83V。
所述钴镍合金的质量为氧还原催化材料的30～35％，所述聚丙烯腈的质量为氧还原催化材料的65～70％。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
实施例1
步骤一：将0.2g六水氯化钴、0.2g六水氯化镍和0.6g氢氧化钠溶解在50mL乙二醇中，得到混合溶液。
步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至150℃并保温18h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱50℃干燥，得到钴镍合金。
步骤三：将0.2g聚丙烯腈溶解在5mL N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
步骤四：将步骤二得到的钴镍合金取0.1g加入到步骤三得到的悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为15kV，注射器推注速率为0.8mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为10cm。然后将收集的纤维于50℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合氧还原催化材料。
实施例2
步骤一：将0.2g六水氯化钴、0.4g六水氯化镍和1.0g氢氧化钠溶解在100mL乙二醇中，得到混合溶液。
步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至180℃并保温12h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱80℃干燥，得到钴镍合金。
步骤三：将0.4g聚丙烯腈溶解在5mL N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
步骤四：将步骤二得到的钴镍合金取0.2g加入到步骤三得到的悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为18kV，注射器推注速率为1.2mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为20cm。然后将收集的纤维于80℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合氧还原催化材料。
实施例3
步骤一：将0.2g六水氯化钴、0.3g六水氯化镍和0.8g氢氧化钠溶解在60mL乙二醇中，得到混合溶液。
步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至160℃并保温15h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱60℃干燥，得到钴镍合金。
步骤三：将0.25g聚丙烯腈溶解在5mL N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
步骤四：将步骤二得到的钴镍合金取0.12g加入到步骤三得到的悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为16kV，注射器推注速率为1mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为15cm。然后将收集的纤维于60℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合氧还原催化材料。
实施例4
步骤一：将0.3g六水氯化钴、0.5g六水氯化镍和1.0g氢氧化钠溶解在100mL乙二醇中，得到混合溶液。
步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至160℃并保温15h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱60℃干燥，得到钴镍合金。
步骤三：将0.3g聚丙烯腈溶解在5mL N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
步骤四：将步骤二得到的钴镍合金取0.15g加入到步骤三得到的悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为17kV，注射器推注速率为1mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为15cm。然后将收集的纤维于60℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合氧还原催化材料。
实施例5
步骤一：将0.3g六水氯化钴、0.3g六水氯化镍和0.9g氢氧化钠溶解在75mL乙二醇中，得到混合溶液。
步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至160℃并保温15h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱60℃干燥，得到钴镍合金。
步骤三：将0.35g聚丙烯腈溶解在5mL N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
步骤四：将步骤二得到的钴镍合金取0.18g加入到步骤三得到的悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为17kV，注射器推注速率为1mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为15cm。然后将收集的纤维于60℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合氧还原催化材料。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
参见图1，为本发明实施例1所制备的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料的SEM图，可以看出，纤维呈相互交织的网状结构，钴镍合金嵌挂在纤维上，此结构有利于提高复合材料的导电性，提升氧还原电催化性能。
参见图2，为本发明实施例1所制备的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料的LSV图，经过分析可知，其半波电位为0.83V。
因此本发明制备的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料，该材料的半波电位为0.83V，获得了较好的氧还原催化性能。
实施例6
步骤一：将0.3g六水氯化钴、0.6g六水氯化镍和1.8g氢氧化钠溶解在200mL乙二醇中，得到混合溶液。
步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至150℃并保温18h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱60℃干燥，得到钴镍合金。
步骤三：将0.4g聚丙烯腈溶解在5mL N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
步骤四：将步骤二得到的钴镍合金取0.15g加入到步骤三得到的悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为18kV，注射器推注速率为1.2mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为18cm。然后将收集的纤维于80℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合氧还原催化材料。
实施例7
步骤一：将0.3g六水氯化钴、0.4g六水氯化镍和0.9g氢氧化钠溶解在50mL乙二醇中，得到混合溶液。
步骤二：将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至170℃并保温12h，反应完成后的溶液经乙醇洗涤数次，放入烘箱60℃干燥，得到钴镍合金。
步骤三：将0.2g聚丙烯腈溶解在5mL N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液。
步骤四：将步骤二得到的钴镍合金取0.2g加入到步骤三得到的悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液。
步骤五：将电纺液进行静电纺丝，纺丝电压为17kV，注射器推注速率为0.8mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为20cm。然后将收集的纤维于70℃的干燥箱中真空干燥，得到最终复合氧还原催化材料。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将六水氯化钴、六水氯化镍和氢氧化钠溶解在乙二醇中，得到混合溶液；将混合溶液转移至高压反应釜并放入烘箱，其温度逐渐升至150～180℃并保温反应；反应完成后的溶液洗涤、干燥，得到钴镍合金；
将聚丙烯腈溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，得到均匀悬浮液；将钴镍合金加入到所述悬浮液中，搅拌均匀，形成电纺液；
将电纺液进行静电纺丝得到复合材料；将复合材料干燥，得到复合氧还原催化材料；
所述钴镍合金和N,N-二甲基甲酰胺的配比为(20～40)g:1L；
所述静电纺丝的工艺为：纺丝电压为15～18kV，注射器推注速率为0.8～1.2mL·h-1，滚筒收集电纺纤维的接收距离为10～20cm；
复合氧还原催化材料包括聚丙烯腈和钴镍合金，其中，通过改变聚丙烯腈和钴镍合金的含量，获得聚丙烯腈呈纤维状，钴镍合金嵌挂在纤维上；所述钴镍合金的质量百分比为30～35％，所述聚丙烯腈的质量百分比为65～70％；
六水氯化钴和六水氯化镍的质量为(1:1)～(1:2)，六水氯化钴与氢氧化钠的质量比为(1:3)～(1:5)；
六水氯化钴与乙二醇的配比为(2～4)g:1L；
所述聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料应用在燃料电池和金属-空气电池领域，该材料的氧还原半波电位能够达到0.83V。
2.如权利要求1所述的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料的制备方法，其特征在于，所述将反应完成后的溶液洗涤中，采用乙醇洗涤。
3.如权利要求1所述的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯腈和N,N-二甲基甲酰胺的配比为(40～80)g:1L。
4.如权利要求1所述的聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料的制备方法，其特征在于，两次干燥条件均为在50～80℃下真空干燥。
5.一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料，其特征在于，由权利要求1至4任一项所述的制备方法制得，该材料的氧还原半波电位能够达到0.83V。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111258591.9A CN113991130B (zh) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202111258591.9A CN113991130B (zh) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113991130A CN113991130A (zh) | 2022-01-28 |
| CN113991130B true CN113991130B (zh) | 2024-01-19 |
Family
ID=79742879
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202111258591.9A Active CN113991130B (zh) | 2021-10-27 | 2021-10-27 | 一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113991130B (zh) |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104372434A (zh) * | 2014-11-15 | 2015-02-25 | 辽宁石油化工大学 | PAN/CoCl2/CNTs复合纳米纤维的制备方法及在NaBH4制氢中的应用 |
| CN107008340A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-08-04 | 同济大学 | 一种三维放射状锡镍合金负载铂纳米粒子复合材料的合成方法 |
| CN107293757A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-10-24 | 西南大学 | PtCoFe/WC‑C氧还原催化剂的制备方法 |
| CN108722460A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-11-02 | 湖北大学 | 基于MOFs的NiCo@N-C双功能氧电极催化剂及其制备方法 |
| CN109126881A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-04 | 南通纺织丝绸产业技术研究院 | 一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法 |
| CN109126885A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-04 | 武汉工程大学 | 一种铜钴双金属有机框架/纳米纤维复合材料及其制备方法和应用 |
| CN109926054A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-25 | 江南大学 | 一种高分散NiCo合金-石墨烯纳米复合催化剂的制备方法 |
| CN111841546A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-10-30 | 陕西科技大学 | 一种钴镍合金/碳纳米纤维复合电催化剂及其制备方法和应用 |
| CN111910290A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-10 | 陕西科技大学 | 一种具有梯度分布的钴镍合金/碳复合电催化剂及其制备方法和应用 |
| CN111987324A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-24 | 河南师范大学 | 一种用于甲醇燃料电池的纳米线结构的电催化剂的制备方法 |
| CN112023982A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-12-04 | 昆明理工大学 | 一种静电纺丝制备锆负载pan复合材料的方法及应用 |
| CN113529107A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-10-22 | 西安热工研究院有限公司 | 一种银纳米线和钴镍合金复合析氧催化材料及其制备方法 |
-
2021
- 2021-10-27 CN CN202111258591.9A patent/CN113991130B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104372434A (zh) * | 2014-11-15 | 2015-02-25 | 辽宁石油化工大学 | PAN/CoCl2/CNTs复合纳米纤维的制备方法及在NaBH4制氢中的应用 |
| CN107008340A (zh) * | 2017-04-20 | 2017-08-04 | 同济大学 | 一种三维放射状锡镍合金负载铂纳米粒子复合材料的合成方法 |
| CN107293757A (zh) * | 2017-07-05 | 2017-10-24 | 西南大学 | PtCoFe/WC‑C氧还原催化剂的制备方法 |
| CN108722460A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-11-02 | 湖北大学 | 基于MOFs的NiCo@N-C双功能氧电极催化剂及其制备方法 |
| CN109126881A (zh) * | 2018-08-29 | 2019-01-04 | 南通纺织丝绸产业技术研究院 | 一种负载光催化剂的微纳复合纤维材料及其制备方法 |
| CN109126885A (zh) * | 2018-09-13 | 2019-01-04 | 武汉工程大学 | 一种铜钴双金属有机框架/纳米纤维复合材料及其制备方法和应用 |
| CN109926054A (zh) * | 2019-04-09 | 2019-06-25 | 江南大学 | 一种高分散NiCo合金-石墨烯纳米复合催化剂的制备方法 |
| CN112023982A (zh) * | 2020-07-17 | 2020-12-04 | 昆明理工大学 | 一种静电纺丝制备锆负载pan复合材料的方法及应用 |
| CN111841546A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-10-30 | 陕西科技大学 | 一种钴镍合金/碳纳米纤维复合电催化剂及其制备方法和应用 |
| CN111910290A (zh) * | 2020-07-27 | 2020-11-10 | 陕西科技大学 | 一种具有梯度分布的钴镍合金/碳复合电催化剂及其制备方法和应用 |
| CN111987324A (zh) * | 2020-08-17 | 2020-11-24 | 河南师范大学 | 一种用于甲醇燃料电池的纳米线结构的电催化剂的制备方法 |
| CN113529107A (zh) * | 2021-08-19 | 2021-10-22 | 西安热工研究院有限公司 | 一种银纳米线和钴镍合金复合析氧催化材料及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 多孔碳质材料在氧还原电催化中的应用;杨慧聪;梁骥;王振兴;安百钢;李峰;;新型炭材料(第03期) * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113991130A (zh) | 2022-01-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108940328B (zh) | 纳米片-纳米棒耦合三维复合材料Ni-Co改性碳化钼电催化制氢催化剂及其制备方法 | |
| CN109453772B (zh) | CrO2-RuO2固溶体材料、其制备方法及作为酸性OER电催化剂的应用 | |
| CN110148764A (zh) | 一种用于催化orr和oer的双功能催化剂及其制备和应用 | |
| CN112609205B (zh) | 一种氮掺杂碳纤维负载锆诱导的过渡金属磷化物及制备方法 | |
| CN112481638B (zh) | 生物基碳材料负载无机物复合电催化剂及其制备方法 | |
| CN111167480B (zh) | 一种新型析氧电催化剂及其制备方法和应用 | |
| CN105749912A (zh) | 一种具有多形貌的金属掺杂w18o49电催化剂及其在电解水制氢中的应用 | |
| CN111068734A (zh) | 一种用于高效双功能电催化的竹节状氮掺杂碳纳米纤维包覆过渡金属合金纳米粒子催化材料 | |
| CN116020496B (zh) | 具有分立结构的BiOI/Zn2TiO4异质结纳米纤维光催化剂及其制备方法和应用 | |
| Schnucklake et al. | A mini-review on decorating, templating of commercial and electrospinning of new porous carbon electrodes for vanadium redox flow batteries | |
| CN113437305A (zh) | 一种2D-Co@NC复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN113699556A (zh) | CoNiMOF-BP QDs/b-CNF复合材料电催化剂及其制备方法 | |
| CN113991130B (zh) | 一种聚丙烯腈纤维负载钴镍合金复合氧还原催化材料及其制备方法 | |
| CN112877711B (zh) | 一种Ni-NiO/C核壳结构纳米材料电催化剂及其制备方法 | |
| CN112337485B (zh) | 一种四硫化二钴合镍-四硫化二铟合锌复合物、制备方法与应用 | |
| CN110075885B (zh) | 二元钴镍基-碳复合电催化剂及其制备方法 | |
| CN117187859A (zh) | 钌单原子及钌团簇比例可调的电催化剂及其制备方法 | |
| CN115522216B (zh) | 一种磷掺杂镍黄铁矿电催化剂及其制备方法 | |
| CN114725403A (zh) | 一种微生物燃料电池阳极材料及其制备方法与应用 | |
| CN114574898A (zh) | Mn掺杂的Co2P核-壳纳米球及其制备方法和应用 | |
| CN114824327A (zh) | 一种铁氮双掺杂的碳纳米复合材料及其制备方法 | |
| Jiang et al. | Bead-like carbon fibers consisting of abundantly exposed active sites for the oxygen reduction reaction | |
| CN113644281A (zh) | 一种双金属掺杂碳复合材料及其制备方法和应用 | |
| Li et al. | Advances in Understanding Carbon Composite Catalysts Based on Cathode for Microbial Fuel Cells | |
| CN115350571B (zh) | 一种一体化气体扩散电极的制备方法 |
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 |