CN114908376B - 一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂及其制备方法。所述聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法包括：以硝酸镍、尿素和氟化胺为反应原料，加水溶解后，水热制得Ni‑CH/CC前体；将NaH2PO2和所述Ni‑CH/CC前体在惰性条件下，升温加热反应，继续保持所述惰性条件至温度下降至室温，制得NiP/CC；将所述NiP/CC放入苯胺和K2S2O8混合溶液中浸泡30min，去离子水清洗后再经无水乙醇清洗，烘干干燥得到所述聚苯胺和磷化镍复合催化剂。本发明制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂具备低超电势和优异催化性能，能实现电催化剂析氢反应的快速动力学。

Description

一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂及其制备方法
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂及其制备方法。
背景技术
氢能具有燃烧热值高、燃烧产物无污染、原料储存丰富等优点，被认为是传统化石能源的理想替代者。电解水制氢是一种高效可行的方法，但气缓慢的动力学导致水分解电压高于理论电压，需要额外的能量。因此，在电解水中使用适当的催化剂降低过电位，提高能量转化效率具有重要意义。目前，贵金属催化剂的反应动力学最快、电流密度较大，例如Pt、RuO2、IrO2等贵金属，但其储量少、价格昂高，阻碍了其大规模商业化应用。
在过渡金属磷化物(MP)中，磷原子(P)和过渡金属原子(M)分别作为质子和氢化物受体。一方面，过渡金属磷化物的P元素引起一个小的负电荷，将会在电解质中捕获质子H+，另一方面，M原子促进P配体的电荷分布，从而促进氢的解吸。这样，在磷化物催化剂的表面实现了氢的吸附和解吸平衡，从而确保了其快速动力学和出色的催化活性。但质子H+容易与水的氧原子结合形成水合离子(H13O6 +)，大大降低了电解液中H+的量，从而破坏了氢在电极表面的吸附和解吸平衡，导致非贵金属催化剂析氢反应动力学缓慢且大的过电位。
减少水合离子对H+束缚，增加H+的浓度和H+捕获电子的能力是减少过电位并改善磷化物催化剂催化性能的有效途径。如何实现聚苯胺和磷化镍的有效复合，制得一种非贵金属催化剂，对降低电解水制氢所用催化剂的成本具有极大的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于利于聚苯胺和磷化镍制备一种非贵金属催化剂，降低电解水制氢所用催化剂的成本。
基于上述目的，本发明提供了一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂及其制备方法来满足本领域的这种需要。
一方面，本发明涉及一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法，其包括：以硝酸镍、尿素和氟化胺为反应原料，加水溶解后，水热制得Ni-CH/CC前体；将NaH2PO2和所述Ni-CH/CC前体在惰性条件下，升温加热反应，继续保持所述惰性条件至温度下降至室温，制得NiP/CC；将所述NiP/CC放入苯胺和K2S2O8混合溶液中浸泡30min，去离子水清洗3次后再经无水乙醇清洗3次，烘干干燥得到所述聚苯胺和磷化镍复合催化剂。
进一步地，本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法中，以摩尔比计，所述硝酸镍、尿素和氟化胺的配比为0.001～0.008:0.0001～0.008:0.0001～0.009；以所述硝酸镍加入量计，每0.001～0.008mol所述硝酸镍，配合30mL水溶解；以所述硝酸镍加入量计，每0.001～0.008mol所述硝酸镍，制得的所述Ni-CH/CC前体配合1.5g所述NaH2PO2进行反应。
进一步地，本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法中，所述水热为在100～180℃条件下反应180～480min。
进一步地，本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法中，所述惰性条件为80～150mL/min通入氩气。
进一步地，本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法中，所述升温加热反应为以2～6℃/min的加热速率将反应体系温度加至280～350℃，反应时间为1～4h。
进一步地，本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法中，所述制得NiP/CC的步骤包括：将NaH2PO2和所述Ni-CH/CC前体分别置于管式炉的上游和下游，在所述惰性条件下，升温加热反应。
进一步地，本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法中，以mg:mL计，所述NiP/CC与所述苯胺和K2S2O8混合溶液的配比为0.1～2:10.2～30。
进一步地，本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法中，所述苯胺和K2S2O8混合溶液包括10～30mL的0.01～0.08M苯胺水溶液和50～300μL的0.1～0.6M K2S2O8溶液。
进一步地，本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法中，所述烘干干燥为50～70℃烘干10～12h。
另一方面，本发明涉及一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂，其采用上述方法制备。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果或者优点：
本发明提供了一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法，利用聚苯胺的氨基中氮原子可以有效地从电解液中捕获H+形成质子化的氨基，从而在电极表面上实现更高的H+正电荷密度。本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂制备方法，使用的原料价格低廉，制备周期短、方法简单，所需设备简单，适合大规模生产。本发明提供的聚苯胺和磷化镍复合催化剂具备低超电势和优异催化性能，能实现电催化剂析氢反应的快速动力学。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为实施例1制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的LSV曲线。
图2为实施例2制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的LSV曲线。
图3为实施例3制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的LSV曲线。
具体实施方式
下面，结合实施例对本发明的技术方案进行说明，但是，本发明并不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供了一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备。
取0.001moL硝酸镍、0.0001moL尿素和0.0001moL氟化胺，加入30mL水溶解后，在100℃条件下反应180min，制得Ni-CH/CC前体。
将1.5gNaH2PO2和制得的Ni-CH/CC前体分别置于管式炉的上游和下游，80mL/min通入氩气，以2℃/min的加热速率将反应体系温度加至280℃，反应1h。反应结束后保持80mL/min通入氩气待温度下降至室温，制得NiP/CC。
取10mL的0.01M苯胺水溶液和50μL的0.1M K2S2O8溶液混合后制得苯胺和K2S2O8混合溶液。将制得的NiP/CC在苯胺和K2S2O8混合溶液中浸泡30min，然后用去离子水清洗3次后再经无水乙醇清洗3次，50℃烘干10h，即为所述聚苯胺和磷化镍复合催化剂。
实施例2
本实施例提供了一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备。
取0.004moL硝酸镍、0.0004moL尿素和0.0005moL氟化胺，加入30mL水溶解后，在140℃条件下反应300min，制得Ni-CH/CC前体。
将1.5gNaH2PO2和制得的Ni-CH/CC前体分别置于管式炉的上游和下游，100mL/min通入氩气，以4℃/min的加热速率将反应体系温度加至300℃，反应2h。反应结束后保持100mL/min通入氩气待温度下降至室温，制得NiP/CC。
取20mL的0.04M苯胺水溶液和200μL的0.3M K2S2O8溶液混合后制得苯胺和K2S2O8混合溶液。将制得的NiP/CC在苯胺和K2S2O8混合溶液中浸泡30min，然后用去离子水清洗3次后再经无水乙醇清洗3次，60℃烘干11h，即为所述聚苯胺和磷化镍复合催化剂。
实施例3
本实施例提供了一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备。
取0.008moL硝酸镍、0.0008moL尿素和0.0009moL氟化胺，加入30mL水溶解后，在180℃条件下反应480min，制得Ni-CH/CC前体。
将1.5gNaH2PO2和制得的Ni-CH/CC前体分别置于管式炉的上游和下游，150mL/min通入氩气，以6℃/min的加热速率将反应体系温度加至350℃，反应4h。反应结束后保持150mL/min通入氩气待温度下降至室温，制得NiP/CC。
取30mL的0.08M苯胺水溶液和300μL的0.6M K2S2O8溶液混合后制得苯胺和K2S2O8混合溶液。将制得的NiP/CC在苯胺和K2S2O8混合溶液中浸泡30min，然后用去离子水清洗3次后再经无水乙醇清洗3次，70℃烘干12h，即为所述聚苯胺和磷化镍复合催化剂。
实施例4
本实施例提供了一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂的性能试验。
分别取实施例1～3中制得的NiP/CC和聚苯胺和磷化镍复合催化剂，在0.5M H2SO4中测得其LSV曲线。
图1为实施例1制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的LSV曲线。如图1所示，在0.5MH2SO4中实施例1制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂获得10mA·cm-2电流密度仅需要过电势为202mV，低于实施例1制得NiP/CC电极的305mV，展现出良好的催化性能。
图2为实施例2制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的LSV曲线。如图2所示，在0.5MH2SO4中实施例2制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂获得10mA·cm-2电流密度仅需要过电势为162mV，低于实施例2制得NiP/CC电极的316mV，展现出良好的催化性能。
图3为实施例3制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的LSV曲线。如图3所示，在0.5MH2SO4中实施例3制得的聚苯胺和磷化镍复合催化剂获得10mA·cm-2电流密度仅需要过电势为230mV，低于实施例3制得NiP/CC电极的352mV，展现出良好的催化性能。
如上所述，即可较好地实现本发明，上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进，均应落入本发明确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法，其特征在于，包括：以硝酸镍、尿素和氟化胺为反应原料，加水溶解后，水热制得Ni-CH/CC前体；
将NaH2PO2和所述Ni-CH/CC前体在惰性条件下，升温加热反应，继续保持所述惰性条件至温度下降至室温，制得NiP/CC；
将所述NiP/CC放入苯胺和K2S2O8混合溶液中浸泡30min，去离子水清洗3次后再经无水乙醇清洗3次，烘干干燥得到所述聚苯胺和磷化镍复合催化剂；
摩尔比计，所述硝酸镍、尿素和氟化胺的配比为0.001～0.008:0.0001～0.008:0.0001～0.009；
以所述硝酸镍加入量计，每0.001～0.008mol所述硝酸镍，配合30mL水溶解；
以所述硝酸镍加入量计，每0.001～0.008mol所述硝酸镍，制得的所述Ni-CH/CC前体配合1.5g所述NaH2PO2进行反应；
所述制得NiP/CC的步骤包括：将NaH2PO2和所述Ni-CH/CC前体分别置于管式炉的上游和下游，在所述惰性条件下，升温加热反应；
以mg:mL计，所述NiP/CC与所述苯胺和K2S2O8混合溶液的配比为0.1～2:10.2～30。
2.根据权利要求1所述的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述水热为在100～180℃条件下反应180～480min。
3.根据权利要求1所述的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述惰性条件为80～150mL/min通入氩气。
4.根据权利要求1所述的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述升温加热反应为以2～6℃/min的加热速率将反应体系温度加至280～350℃，反应时间为1～4h。
5.根据权利要求1所述的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述苯胺和K2S2O8混合溶液包括10～30mL的0.01～0.08M苯胺水溶液和50～300μL的0.1～0.6MK2S2O8溶液。
6.根据权利要求1所述的聚苯胺和磷化镍复合催化剂的制备方法，其特征在于，所述烘干干燥为50～70℃烘干10～12h。
7.一种聚苯胺和磷化镍复合催化剂，其特征在于，采用权利要求1～6任一项所述方法制备。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102626658A (zh) * 2012-03-28 2012-08-08 南京理工大学 铁酸盐/聚苯胺磁性纳米催化剂及其制备方法
CN109628952A (zh) * 2018-12-31 2019-04-16 武汉工程大学 一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂及其制备方法
CN109999863A (zh) * 2019-04-30 2019-07-12 海南医学院 一种纳米磷化镍碳复合催化剂的制备方法
CN110885100A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 湖北大学 一种新型分等级结构镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN113101956A (zh) * 2021-03-03 2021-07-13 大连理工大学 一种一步热处理制备高分散负载型Ni2P催化剂的方法

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109305876B (zh) * 2017-07-28 2021-08-06 中国石油化工股份有限公司 一种环烷烃类化合物的合成方法
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
CN102626658A (zh) * 2012-03-28 2012-08-08 南京理工大学 铁酸盐/聚苯胺磁性纳米催化剂及其制备方法
CN110885100A (zh) * 2018-09-07 2020-03-17 湖北大学 一种新型分等级结构镍锰酸锂正极材料的制备方法
CN109628952A (zh) * 2018-12-31 2019-04-16 武汉工程大学 一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂及其制备方法
CN109999863A (zh) * 2019-04-30 2019-07-12 海南医学院 一种纳米磷化镍碳复合催化剂的制备方法
CN113101956A (zh) * 2021-03-03 2021-07-13 大连理工大学 一种一步热处理制备高分散负载型Ni2P催化剂的方法

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