CN114284509A - 一种三金属析氧电催化剂的制备方法 - Google Patents

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张永光
王新
陈忠伟
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Abstract

本发明属于电化学催化的技术领域，具体的涉及一种三金属析氧电催化剂的制备方法。该种三金属析氧电催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)制备NiCo‑LDH‑G；(2)制备FeCoNi‑LDH‑G。该制备方法可以批量合成具有高活性及高稳定性的析氧电催化剂。

Description

一种三金属析氧电催化剂的制备方法
技术领域
本发明属于电化学催化的技术领域，具体的涉及一种三金属析氧电催化剂的制备方法。
背景技术
近几年来，金属-空气电池、燃料电池等新能源的研发进入了快速发展的阶段，其中用于氧还原反应和氧析出反应的催化剂不断开发、研制出来，比如目前常用的IrO2和RuO2等。但是由于其高昂的成本和稀缺性，严重阻碍上述催化剂的广泛应用。因此亟需一种低成本、高活性的析氧电催化剂以克服OER动力学缓慢的问题。
发明内容
本发明的目的在于针对克服OER动力学缓慢的问题而提供一种三金属析氧电催化剂的制备方法，该制备方法可以批量合成具有高活性及高稳定性的析氧电催化剂。
本发明的技术方案为：一种三金属析氧电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备NiCo-LDH-G：首先将单壁石墨烯分散液分散于去离子水中，超声制得溶液A；取六水合氯化镍、六水合氯化钴和六亚甲基四胺溶解于溶液A中，超声后搅拌，得到溶液B；然后将溶液B在油浴条件下进行冷凝回流，并持续搅拌，离心收集黑色固体，洗涤，烘干，得到NiCo-LDH-G；
(2)制备FeCoNi-LDH-G：首先将步骤(1)所得NiCo-LDH-G分散于甲醇溶液中，然后加入四水合氯化亚铁，在室温下搅拌2～6h，洗涤离心，干燥，得到FeCoNi-LDH-G。
所述步骤(1)中单壁石墨烯分散液为15mL～30mL，浓度为2mg/mL；去离子水为250mL；六水合氯化镍为1～5mmol；六水合氯化钴为1～5mmol；六亚甲基四胺为7～9mmol。
所述步骤(1)中超声均为至少30min；搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为2～5h得到溶液B；油浴温度为80～95℃，油浴时间为4～6h。
所述步骤(2)中NiCo-LDH-G为1～5g；甲醇溶液为30mL；四水合氯化亚铁为1～5g。
所述步骤(2)中采用乙醇洗涤离心；在60℃下真空干燥。
本发明的有益效果为：本发明以金属有机框架作为前驱物，采用简易的室温搅拌策略，制备出三金属FeCoNi层状双氢氧化物超薄纳米片材料(FeCoNi-LDH-G)。所述制备方法采用的原材料造价低廉、成本低，制备工艺简单，且可以有效避免杂质的引入，适用于工业化生产。
本发明通过掺杂金属元素铁制得的FeCoNi-LDH-G具有二维超薄纳米片的特征，是一种具有高OER催化活性的催化剂，通过独特结构的设计和金属成分的调节，FeCoNi-LDH获得了OER的高活性能和较好的长期稳定性，优于IrO2催化剂。将其应用于金属-空气电池、燃料电池等新能源技术中，在OER性能方面，其独特的超薄纳米片层状结构具有更轻的质量同时增加了材料与电解液接触的表面积，可以暴露更多的活性位点，使得反应更迅速。与双金属NiCo-LDH-G相比，三金属FeCoNi-LDH-G由于Fe的引入使Co易于向高价态转换，加速OOH-的形成，降低电荷转移的电阻，增强电化学活性的表面积。
附图说明
图1为本发明的FeCoNi-LDH-G的扫描电子显微镜照片。
图2为实施例1、实施例2、实施例3和对比例的OER性能图。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，下面将结合实施实例和附图对本发明作进一步的解释。但仅是对发明进行进一步解释，本发明需要保护的范围并不局限于实施实例表示的范围。
实施例1
所述三金属析氧电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备NiCo-LDH-G：首先将30mL浓度为2mg/mL的单壁石墨烯分散液分散于250mL去离子水中，超声至少30min制得溶液A；取1mmol六水合氯化镍、1mmol六水合氯化钴和8.5mmol六亚甲基四胺溶解于溶液A中，超声30min后磁力搅拌5h，得到溶液B；然后将溶液B在85℃油浴条件下进行冷凝回流5h，并持续搅拌，离心收集黑色固体，依次用去离子水和无水乙醇洗涤后，烘干，得到NiCo-LDH-G；
(2)制备FeCoNi-LDH-G：首先将步骤(1)所得1gNiCo-LDH-G分散于30mL甲醇溶液中，然后加入2g四水合氯化亚铁，在室温下搅拌4h，采用乙醇洗涤离心；在60℃下真空干燥，得到FeCoNi-LDH-G。
对实施例1提供的材FeCoNi-LDH-G料采用以下方式表征其结果：
图1采用扫描电子显微镜(SEM)对样本进行微观形貌、结构等进行分析。图中证实了FeCoNi-LDH-G的超薄纳米片状形貌,并且从中可以观察到弯曲和褶皱的形态，表明这些纳米纳米片具有超薄的性质。此外由于石墨烯的存在，FeCoNi-LDH-G纳米片表现出高度松散和扭曲。
实施例2
所述三金属析氧电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备NiCo-LDH-G：首先将15mLmL浓度为2mg/mL的单壁石墨烯分散液分散于250mL去离子水中，超声30min制得溶液A；取2mmol六水合氯化镍、2mmol六水合氯化钴和7mmol六亚甲基四胺溶解于溶液A中，超声30min后磁力搅拌5h，得到溶液B；然后将溶液B在90℃油浴条件下进行冷凝回流4h，并持续搅拌，离心收集黑色固体，依次用去离子水和无水乙醇洗涤后，烘干，得到NiCo-LDH-G；
(2)制备FeCoNi-LDH-G：首先将步骤(1)所得5gNiCo-LDH-G分散于30mL甲醇溶液中，然后加入4g四水合氯化亚铁，在室温下搅拌2h，采用乙醇洗涤离心；在60℃下真空干燥，得到FeCoNi-LDH-G。
实施例3
所述三金属析氧电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备NiCo-LDH-G：首先将20mL浓度为2mg/mL的单壁石墨烯分散液分散于250mL去离子水中，超声30min制得溶液A；取5mmol六水合氯化镍、5mmol六水合氯化钴和9mmol六亚甲基四胺溶解于溶液A中，超声30min后磁力搅拌2h，得到溶液B；然后将溶液B在95℃油浴条件下进行冷凝回流5h，并持续搅拌，离心收集黑色固体，依次用去离子水和无水乙醇洗涤后，烘干，得到NiCo-LDH-G；
(2)制备FeCoNi-LDH-G：首先将步骤(1)所得1gNiCo-LDH-G分散于30mL甲醇溶液中，然后加入3g四水合氯化亚铁，在室温下搅拌6h，采用乙醇洗涤离心；在60℃下真空干燥，得到FeCoNi-LDH-G。
对比例1
所述NiCo-LDH-G析氧电催化剂材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将30mL单壁石墨烯分散液分散于250mL去离子水中，超声得溶液A；
步骤二：取1mmol六水合氯化镍、1mmol六水合氯化钴和8.5mmol六亚甲基四胺充分溶解于溶液A中，超声30min后搅拌5h，得溶液B；
步骤三：将溶液B倒入三颈烧瓶中，在85℃下进行油浴并进行冷凝回流，时间为5h，并持续搅拌，离心收集黑色固体，依次用去离子水和无水乙醇洗涤后，烘干，得到NiCo-LDH-G。
综上所述，本发明的实质性特点为提供了一种制备工艺简单、价格低廉的析氧电催化剂的制备方法。通过FeCoNi层状复合金属氢氧化物与石墨烯形成复合材料，使FeCoNi层状复金属氢氧化物均匀地负载到石墨烯巨大的比表面积上，避免了FeCoNi层状复合金属氢氧化物的聚集而降低活性位点。此外，三金属FeCoNi-LDH-G由于Fe的引入促进了OOH-的形成，使得电荷转移的电阻减小，增强了电化学活性的表面积。
本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (5)

1.一种三金属析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)制备NiCo-LDH-G：首先将单壁石墨烯分散液分散于去离子水中，超声制得溶液A；取六水合氯化镍、六水合氯化钴和六亚甲基四胺溶解于溶液A中，超声后搅拌，得到溶液B；然后将溶液B在油浴条件下进行冷凝回流，并持续搅拌，离心收集黑色固体，洗涤，烘干，得到NiCo-LDH-G；
(2)制备FeCoNi-LDH-G：首先将步骤(1)所得NiCo-LDH-G分散于甲醇溶液中，然后加入四水合氯化亚铁，在室温下搅拌2～6h，洗涤离心，干燥，得到FeCoNi-LDH-G。
2.根据权利要求1所述三金属析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中单壁石墨烯分散液为15mL～30mL，浓度为2mg/mL；去离子水为250mL；六水合氯化镍为1～5mmol；六水合氯化钴为1～5mmol；六亚甲基四胺为7～9mmol。
3.根据权利要求1所述三金属析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中超声均为至少30min；搅拌为磁力搅拌，搅拌时间为2～5h得到溶液B；油浴温度为80～95℃，油浴时间为4～6h。
4.根据权利要求1所述三金属析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中NiCo-LDH-G为1～5g；甲醇溶液为30mL；四水合氯化亚铁为1～5g。
5.根据权利要求1所述三金属析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中采用乙醇洗涤离心；在60℃下真空干燥。
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