CN114807970B - 一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114807970B
CN114807970B CN202210552511.9A CN202210552511A CN114807970B CN 114807970 B CN114807970 B CN 114807970B CN 202210552511 A CN202210552511 A CN 202210552511A CN 114807970 B CN114807970 B CN 114807970B
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
oxygen evolution
doped carbon
evolution catalyst
preparation
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
Application number
CN202210552511.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114807970A (zh
Inventor
冯爱玲
陈亚楠
刘培涛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Baoji University of Arts and Sciences
Original Assignee
Baoji University of Arts and Sciences
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Baoji University of Arts and Sciences filed Critical Baoji University of Arts and Sciences
Priority to CN202210552511.9A priority Critical patent/CN114807970B/zh
Publication of CN114807970A publication Critical patent/CN114807970A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114807970B publication Critical patent/CN114807970B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091Electrodes 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明提供了一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用,属于水电解制氢技术领域。本发明所述氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤:将钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺混合,进行烧结,得到氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂。本发明采用一步烧结法制备氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂,方法简单易行,对设备要求低,成本低,可重复性强,反应条件可控。本发明所制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂具有良好的析氧性能,使其在电解水制氢中广泛应用。

Description

一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及水电解制氢技术领域,尤其涉及一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
电解水制氢技术是解决当前能源危机和环境污染的有效途径,开发价格低廉、储量丰富、催化性能优异和稳定性强的催化剂具有重要意义。在充满电解液的电解槽中通入电压,水分子在电极上发生电化学反应,分解成氢气和氧气。水分解由阴极析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)两个反应组成。由于析氧反应(OER)动力学缓慢导致高的过电位。因此,寻找合适的催化剂对提高OER反应活性,以降低水分解所需的外加电压是十分必要的。目前,最有效的OER催化剂是Ir、Ru基等贵金属材料,但由于其高昂的成本以及稀缺性不适用于大规模的商业化使用,寻找可替代的非贵金属基电催化剂迫在眉睫。而过渡金属材料因其较低的成本、丰富的储量和优异的催化活性受到了许多学者的研究和关注。
过渡金属磷化物(TMPs)因优良的催化活性、低成本、稳定性好等优点,被广泛的用于OER催化剂。其中磷化镍是一种稳定和有多重化学计量的催化剂,比如Ni3P、Ni12P5、Ni2P和Ni5P4等,它们在电解水反应中具有较高的活性。在已报道的磷化镍中,由于过量的Ni,Ni12P5表现出更好的 OER活性,被认为是电解水中优异的OER电催化剂。与单一金属磷化物相比,双金属磷化物催化剂由于活性位点上中间体化学吸附的变化使其具有更好的电化学性能。因此双金属磷化物催化剂近年来引起了大家的广泛关注。
目前,Co/Ni12P5材料的制备方法主要为水热法;但此方法对设备要求高,工艺复杂,成本昂贵,重复性低不利于大规模商业化应用。而本发明采用一步烧结法方法简单易行,对设备要求低,时间及原料配比可控,可重复性强。
发明内容
本发明的目的在于提供一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用,所述方法制备简单,利于实现大规模应用;且所制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧性能优异。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤:
将钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺混合,进行烧结,得到氮掺杂碳基 Co/Ni12P5析氧催化剂。
优选的,所述钴源为硝酸钴;所述镍源为硝酸镍。
优选的,所述钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺的质量比为(0.25~0.5): (0.25~0.5):(0.25~0.5):(1~1.5)。
优选的,所述烧结的温度为890~910℃,时间为1h。
优选的,所述烧结的温度为900℃。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的氮掺杂碳基 Co/Ni12P5析氧催化剂,包括氮掺杂碳和生长于所述氮掺杂碳上的Co/Ni12P5纳米颗粒。
本发明提供了上述技术方案所述氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂在水电解制氢中的应用。
本发明提供了一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤:将钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺混合,进行烧结,得到氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂。本发明采用一步烧结法制备得到氮掺杂碳基 Co/Ni12P5析氧催化剂,方法简单易行,对设备要求低;原料廉价,成本低,时间及原料配比可控,可重复性强。本发明所制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂具有良好的催化活性,在电解水制氢领域中应用广泛。
附图说明
图1为实施例1制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂的X射线衍射 (XRD)图;
图2为实施例1制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂的形貌图和元素分布图;
图3为实施例1制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂的X射线光电子能谱(XPS)图;
图4为实施例1~3和对比例1~2制备的材料的析氧性能对比图。
具体实施方式
本发明提供了一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂的制备方法,包括以下步骤:
将钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺混合,进行烧结,得到氮掺杂碳基 Co/Ni12P5析氧催化剂。
在本发明中,若无特殊说明,所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中,所述钴源优选为硝酸钴;所述镍源优选为硝酸镍。本发明利用三苯基膦提供P元素,利用三聚氰胺提供N、C元素。
在本发明中,所述钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺的质量比优选为 (0.25~0.5):(0.25~0.5):(0.25~0.5):(1~1.5)。
本发明优选将钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺置于研磨体中研磨成粉末状,然后置于瓷舟内,进行烧结。本发明对所述研磨的过程没有特殊的限定,按照本领域熟知的过程将物料混合均匀即可。
在本发明中,所述烧结优选在管式炉中进行,所述烧结的温度优选为 890~910℃,更优选为900℃,时间优选为1h;所述烧结气氛优选在氩气气氛下进行;本发明对升温至所述烧结的温度的升温速率没有特殊的限定,按照本领域熟知的过程进行即可。
本发明对所述管式炉和研磨体没有特殊的限定,本领域熟知的相应设备均可。
在烧结过程中,三聚氰胺提供了氮和碳,形成氮掺杂碳,三苯基膦为 Ni12P5提供磷源,Co被还原成Co单质,且Ni12P5与Co形成Co/Ni12P5纳米颗粒。
本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的氮掺杂碳基 Co/Ni12P5析氧催化剂,包括氮掺杂碳和生长于所述氮掺杂碳上的Co/Ni12P5纳米颗粒。
本发明提供了上述技术方案所述氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂在水电解制氢中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定,按照本领域熟知的方法应用即可。
下面将结合本发明中的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
将0.25g硝酸钴、0.25g硝酸镍、1.5g三聚氰胺和0.5g三苯基膦置于研磨体中,研磨成粉末状后,放置到瓷舟内,将瓷舟放入到管式炉中,在氩气气氛下升温到900℃烧结1h,得到氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂,记为1-Co/Ni12P5@N-C。
实施例2
将0.25g硝酸钴、0.5g硝酸镍、1.5g三聚氰胺和0.5g三苯基膦置于研磨体中,研磨成粉末状后,放置到瓷舟内,将瓷舟放入到管式炉中,在氩气气氛下升温到900℃烧结1h,得到氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂,记为 2-Co/Ni12P5@N-C。
实施例3
将0.5g硝酸钴、0.25g硝酸镍、1.5g三聚氰胺和0.5g三苯基膦置于研磨体中,研磨成粉末状后,放置到瓷舟内,将瓷舟放入到管式炉中,在氩气气氛下升温到900℃烧结1h,得到氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂,记为 3-Co/Ni12P5@N-C。
对比例1
将硝酸钴(0.25g)、三苯基膦(0.5g)和三聚氰胺(1.5g)放置到研磨体中,将研磨后的粉末放置到管式炉,在氩气气氛下升温到900℃烧结1h,得到对比样(Co@N-C)。
对比例2
将硝酸镍(0.25g)、三苯基膦(0.5g)和三聚氰胺(1.5g)放置到研磨体中,将研磨后的粉末放置到管式炉,在氩气气氛下升温到900℃烧结1h,得到对比样(Ni12P5@N-C)。
表征
1)对实施例1制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂进行XRD测试,所得结果见图1;由图1可知,所制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂含有Co和Ni12P5
2)对实施例1制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂进行扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)测试,所得结果见图2中a~c,a 为SEM图,b和c为TEM图;从图2中a可以看出,催化剂的形貌由纳米颗粒组成,从图2中b和c可以看出,Co/Ni12P5纳米颗粒生长在碳基上。
3)对实施例1制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂进行高角环形暗场像-透射电子显微镜(HAADF-TEM)(d)以及TEM-EDS映射(e~i)测试,所得结果见图2中d以及e~i,从图2中e~i可以看出,各元素均匀分布。从e~f可以看出,氮掺杂于碳。
4)对实施例1制备的氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂进行XPS测试,所得结果见图3;其中,(a)为Co 2p谱图,(b)为Ni 2p谱图,(c)为 P 2p谱图,(d)为N1s谱图;由图3可知,XPS与XRD结论相符。
测试例
电解液配置:将3mg材料、3mg碳粉和石油醚混合,超声4h,将所得物料依次进行离心和干燥,加入30μLNafion和1470μLN,N-二甲基甲酰胺超声6h,得到电解液;
在电压1~2V范围测试实施例1~3和对比例1~2制备的材料的析氧性能,将上述配置的电解液滴到电极上,在1M KOH溶液中进行线性扫描伏安法 (LSV)测试,所得结果见图4;由图4可知,实施例1制备的1-Co/Ni12P5@N-C 催化剂的析氧性能最好,优于其他催化剂。
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,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺混合,进行烧结,得到氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂;
所述钴源、镍源、三苯基膦和三聚氰胺的质量比为(0.25~0.5):(0.25~0.5):(0.25~0.5):(1~1.5);
所述烧结的温度为890~910℃,时间为1h。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述钴源为硝酸钴;所述镍源为硝酸镍。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述烧结的温度为900℃。
CN202210552511.9A 2022-05-19 2022-05-19 一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用 Active CN114807970B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210552511.9A CN114807970B (zh) 2022-05-19 2022-05-19 一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210552511.9A CN114807970B (zh) 2022-05-19 2022-05-19 一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114807970A CN114807970A (zh) 2022-07-29
CN114807970B true CN114807970B (zh) 2023-11-21

Family

ID=82516450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210552511.9A Active CN114807970B (zh) 2022-05-19 2022-05-19 一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114807970B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115911420B (zh) * 2022-09-26 2024-07-26 宝鸡文理学院 一种Co2P/Cu3P氧还原催化剂及其制备方法和应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105107540A (zh) * 2015-09-06 2015-12-02 太原理工大学 氮掺杂碳纳米管包覆镍铁的电解水析氧催化材料及应用
CN110745800A (zh) * 2019-11-07 2020-02-04 南京师范大学 一种氮掺杂磷化镍纳米花及其制备方法和应用
CN112593250A (zh) * 2020-12-25 2021-04-02 上饶市迪伟商贸有限公司 一种中空球状磷化镍负载多孔碳电解水析氢催化剂及制法
CN113684503A (zh) * 2021-08-24 2021-11-23 青岛科技大学 一种N-GO@Co-Ni12P5-Ni3P/NCF复合电极材料及其制备方法
CN114232026A (zh) * 2021-12-15 2022-03-25 陕西科技大学 一种氮掺杂碳包覆Ni3P/Ni异质结构纳米颗粒电催化剂及其制备方法和应用

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020131947A1 (en) * 2018-12-17 2020-06-25 University Of South Florida Methods and compositions for oxygen electrocatalysis

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105107540A (zh) * 2015-09-06 2015-12-02 太原理工大学 氮掺杂碳纳米管包覆镍铁的电解水析氧催化材料及应用
CN110745800A (zh) * 2019-11-07 2020-02-04 南京师范大学 一种氮掺杂磷化镍纳米花及其制备方法和应用
CN112593250A (zh) * 2020-12-25 2021-04-02 上饶市迪伟商贸有限公司 一种中空球状磷化镍负载多孔碳电解水析氢催化剂及制法
CN113684503A (zh) * 2021-08-24 2021-11-23 青岛科技大学 一种N-GO@Co-Ni12P5-Ni3P/NCF复合电极材料及其制备方法
CN114232026A (zh) * 2021-12-15 2022-03-25 陕西科技大学 一种氮掺杂碳包覆Ni3P/Ni异质结构纳米颗粒电催化剂及其制备方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114807970A (zh) 2022-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ouyang et al. A self-supported NiCo 2 O 4/Cu x O nanoforest with electronically modulated interfaces as an efficient electrocatalyst for overall water splitting
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
CN110055557B (zh) 一种三维镍掺杂铁基析氧催化剂及其制备方法和应用
CN111111716A (zh) 一种mof指导的镍钴双金属磷化物的制备及应用
CN111111707B (zh) 一种硒掺杂镍铁尖晶石/羟基氧化镍复合电催化剂材料及其制备方法与应用
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
Zheng et al. Interfacial modification of Co (OH) 2/Co 3 O 4 nanosheet heterostructure arrays for the efficient oxygen evolution reaction
CN114892206B (zh) 一种多元金属氮化物异质结纳米棒阵列复合电催化剂及其制备方法和应用
CN114807970B (zh) 一种氮掺杂碳基Co/Ni12P5析氧催化剂及其制备方法和应用
CN109585856B (zh) 一种双功能的硫化钴与硫、氮掺杂碳原位复合电极的制备方法
CN113443610B (zh) 一种硒化钌纳米球电催化剂及其制备方法和应用
CN114164445A (zh) 基于掺杂和异质结策略构建的V-Ni3FeN/Ni@N-GTs全解水电催化剂
Wang et al. Electronic and active site engineering in Rh metallene via phosphorus and sulfur dual-doping for electrocatalytic sulfion recycling and hydrogen generation
Sun et al. An interface-engineered Co 2 P/CoMoP 2 heterojunction with greatly improved electrocatalytic activity in water/seawater splitting
Gao et al. Copper mesh supported nickel nanowire array as a catalyst for the hydrogen evolution reaction in high current density water electrolysis
CN111013607A (zh) 一种具有原位转化硫空位的硫化铁镍及其制备方法和应用
Cardoso et al. Palladium-nickel on tin oxide-carbon composite supports for electrocatalytic hydrogen evolution
CN113955728B (zh) 中空等级结构磷化钴/磷化钴锰的制备及其电解水的应用
CN114606512A (zh) 一种Ru掺杂W4.6N4颗粒@氮掺杂石墨烯管析氢电催化剂
CN113957469A (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
Feng et al. Etching-assisted synthesis of Ni/Ni single atom anchored porous graphitic nanocarbon for improved hydrogen evolution reaction
CN114318362B (zh) 一种钌纳米团簇析氢电催化剂及其超组装方法
CN110093623B (zh) 磷化不锈钢材料及其制备方法和应用
CN115029710B (zh) 一种过渡金属基异质结构电解水催化剂及制备方法和应用
CN118600462A (zh) 一种棕榈衍生的氮掺杂碳负载CoFe纳米颗粒的析氧催化剂

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