CN115161696A - 一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用 - Google Patents
一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115161696A CN115161696A CN202210951542.1A CN202210951542A CN115161696A CN 115161696 A CN115161696 A CN 115161696A CN 202210951542 A CN202210951542 A CN 202210951542A CN 115161696 A CN115161696 A CN 115161696A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- seawater
- fluorine
- preparation
- iron
- hydrogen production
- 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.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 56
- OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N Hydrazine Chemical compound NN OAKJQQAXSVQMHS-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 46
- 239000013535 sea water Substances 0.000 title claims abstract description 35
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 25
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 25
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 22
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 19
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 18
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 18
- FBMUYWXYWIZLNE-UHFFFAOYSA-N nickel phosphide Chemical compound [Ni]=P#[Ni] FBMUYWXYWIZLNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 17
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 title claims abstract description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 58
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 31
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 239000010411 electrocatalyst Substances 0.000 claims abstract description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001027 hydrothermal synthesis Methods 0.000 claims abstract description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 40
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 25
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 25
- 238000001291 vacuum drying Methods 0.000 claims description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 13
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 9
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 9
- KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 5-[3-(trifluoromethyl)phenyl]-2h-tetrazole Chemical compound FC(F)(F)C1=CC=CC(C2=NNN=N2)=C1 KWSLGOVYXMQPPX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 6
- 229910001379 sodium hypophosphite Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 6
- 229910017855 NH 4 F Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 claims description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims 1
- DKAGJZJALZXOOV-UHFFFAOYSA-N hydrate;hydrochloride Chemical compound O.Cl DKAGJZJALZXOOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005457 optimization Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 11
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000002243 precursor Substances 0.000 description 7
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 6
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 239000008240 homogeneous mixture Substances 0.000 description 3
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 238000004833 X-ray photoelectron spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000004502 linear sweep voltammetry Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910052755 nonmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001075 voltammogram Methods 0.000 description 2
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M Chloride anion Chemical compound [Cl-] VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N Chlorine atom Chemical compound [Cl] ZAMOUSCENKQFHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018661 Ni(OH) Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 1
- WESWKIRSMKBCAJ-UHFFFAOYSA-N [F].[Fe] Chemical compound [F].[Fe] WESWKIRSMKBCAJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000460 chlorine Substances 0.000 description 1
- 229910052801 chlorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000001493 electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000003912 environmental pollution Methods 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000001308 synthesis method Methods 0.000 description 1
- 238000010998 test method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
-
- 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
- C25B11/054—Electrodes comprising electrocatalysts supported on a carrier
-
- 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)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
本发明涉及电解海水节能制氢领域，目的在于提供一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用。通过两步水热法在集流体上成功构建多级结构并引入铁和氟，然后使用磷化辅助法得到最终的氮掺杂碳包覆铁氟共掺杂的磷化镍双功能电催化剂(Fe/F‑Ni2P@NC)。本发明成功实现了电催化剂的优化，在碱性海水中，Fe/F‑Ni2P@NC对肼氧化反应(HzOR)和析氢反应(HER)表现出优异的双功能催化性能，分别仅需122和323mV，就可达到1000mA cm‑2。与传统的水分解(OWS)海水系统相比，肼辅助电解海水(OHzS)系统每产生1.0m3的H2可以节省3.35kW·h，在未来的实际应用中具有广阔前景。
Description
技术领域
本发明属于电解海水制氢领域，尤其涉及一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用。
背景技术
电解水制氢是当代清洁能源技术的一个重要组成部分。到目前为止，几乎所有的电解水系统都使用纯水作为电解质，忽视了丰富的海水资源。除了阴极上的析氢反应(HER)，海水电解还面临阳极反应的挑战。一方面，析氧反应(OER)的缓慢动力学是造成电池电压高的原因。另一方面，由于海水中存在约0.5M的氯离子，可能会发生竞争性的析氯反应(ClER)，导致电极腐蚀和环境污染。因此制备一种在低电压下具备高电流密度，且经济性与实用性良好的电催化剂成为新的方向。
在已经报道的催化材料中，金属/非金属共掺杂、设计多级结构可以通过调整电子结构实现电子再分配增强双功能活性，但将上述优点整合到同一个电催化剂中仍具有挑战性。因此设计和制造同时具有金属/非金属共掺杂和多级结构的催化剂并将其应用于电解海水制氢既是发展的需求，同样也为双功能电催化剂在肼氧化辅助海水中节能产氢提供了新的思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于铁氟共掺杂磷化镍双功能电催化剂的合成方法。通过两步水热法在集流体上成功构建多级结构并引入铁和氟，然后使用磷化辅助法最终得到氮掺杂碳包覆铁氟共掺杂的磷化镍双功能电催化剂(Fe/F-Ni2P@NC)。本发明成功实现了电催化剂的优化，得到了具有优异双功能活性的材料，在未来的实际应用中具有广阔前景。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供的铁氟共掺杂的磷化镍双功能电催化剂的制备方法，可以通过如下技术路线予以实现：
(1)集流体的前处理：将集流体(泡沫镍)裁剪成适当大小后分别浸入丙酮、盐酸、乙醇中超声处理后在真空烘箱中干燥。
(2)Ni(OH)2前驱体的制备：将上述步骤(1)的得到的泡沫镍放入含有30～60mL去离子水，Ni(NO3)2·6H2O，CH4N2O和NH4F的反应釜中，80～120℃反应8～16h，结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱。
(3)FeNiPBA@NF的制备：将上述步骤(2)的得到的Ni(OH)2放入含有20～50mL去离子水和适量K3[Fe(CN)6]的反应釜中，80～120℃反应20～30h，结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱。
(4)F-FeNiPBA@NF的制备：将上述步骤(3)的得到的FeNiPBA@NF放入NH4F溶液中浸泡0.5～3h，后用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱。
(5)Fe/F-Ni2P@NC的制备：将上述步骤(4)的得到的F-FeNiPBA@NF放置于管式炉下游，次磷酸钠放置于管式炉上游，以1～10℃/min的升温速率至300～450℃，保持1～3h。
根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中泡沫镍剪裁成1*2cm大小，分别浸入丙酮、0.1M盐酸、去离子水中超声处理10～30min后干燥,用以去除泡沫镍表面的杂质以及氧化物。
根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中Ni(NO3)2·6H2O用量为0.2～0.4g，以合成片状的2D结构。
根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中K3[Fe(CN)6]用量为0.02～0.2g，以在片层结构上得到均匀的立方体，形成2D/3D结构。
根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中NH4F溶液浓度为3～7mol/L。
根据技术路线的制备方法，其特征在于：所述步骤(5)中次磷酸钠的量为0.5～2.0g。
本发明还提供了上述技术路线所述铁氟共掺杂的磷化镍双功能电催化剂在肼氧化辅助电解海水制氢中的应用。
作为本发明的进一步特征：经过上述制备方法制备所得的铁氟共掺杂的磷化镍双功能电催化剂，具有优异的电化学性能。在碱性海水中，Fe/F-Ni2P@NC对肼氧化反应(HzOR)和析氢反应(HER)表现出优异的双功能催化性能，分别仅需122和323mV，就可达到1000mAcm-2。与传统的电解海水(OWS)系统相比，肼辅助电解海水(OHzS)系统每产生1.0m3的H2可以节省3.35kW·h。
本发明提供一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在电解海水产氢中的应用。通过两步水热法在集流体上成功构建多级结构并引入铁和氟，然后使用磷化辅助法得到最终的铁氟共掺杂磷化镍双功能电催化剂(Fe/F-Ni2P@NC)。本发明成功实现了电催化剂的优化，得到了具有优异双功能活性的材料，在未来的实际应用中具有广阔前景。
具体实施方式
下面结合具体实验方案和附图阐述本发明的技术特点，但本发明并不局限于此。下面实施例所述试验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述仪器及材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用，包括以下步骤：
(1)本实施例中，裁剪1*2cm的泡沫镍，将泡沫镍置于丙酮、0.1M盐酸和乙醇中分别超声10min，真空干燥后备用。
(2)将洗净的泡沫镍放入装有40mL去离子水、0.290g Ni(NO3)2·6H2O，0.300gCH4N2O和0.074g NH4F的反应釜中，在90℃下保持10小时。结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到Ni(OH)2前驱体，其扫描电镜如图所示(图1)，证明了片状2D结构的生成。
(3)首先，将0.03g K3[Fe(CN)6]溶于30mL的去离子水中搅拌10分钟，形成均匀的混合物。然后，将溶液和上述步骤(2)制备的Ni(OH)2前驱体放在反应釜中，在90℃下加热24小时。温结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到FeNiPBA@NF，其扫描电镜如图所示(图2)，证明了片状结构上均匀的立方体，意味着2D/3D结构的生成。
(4)将上述步骤(3)制备的FeNiPBA@NF放入含有25mL 5.0M NH4F溶液的烧杯中浸泡1h，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到F-FeNiPBA@NF，其F1s的X-射线光电子能谱(XPS)如图所示(图3)，证明了氟的成功掺杂。
(5)将0.5g次磷酸钠和上述步骤(4)制备的F-FeNiPBA@NF分别置于管式炉的上游和下游，首先在氩气气氛下通气30min，然后以2℃/min的速率升温至350℃并保持2h，最后在氩气气氛下降至室温，得到Fe/F-Ni2P@NC。对于合成的材料，其扫描电镜如图所示(图4)，该材料继续维持前驱体的2D/3D层次结构。Fe/F-Ni2P@NC材料的X-射线衍射(XRD)结果如图所示(图5)，证实了该材料存在Ni2P产品的物相，并且Fe是以掺杂的形式存在。在双功能电催化剂测试的过程中，本实例中制备的材料在碱性海水中，Fe/F-Ni2P@NC对肼氧化反应(HzOR)和析氢反应(HER)表现出优异的双功能催化性能，分别仅需122(图6)和323mV(图7)，就可达到1000mA cm-2。与传统的电解海水(OWS)系统相比，肼辅助电解海水(OHzS)系统每产生1.0m3的H2可以节省3.35kW·h(图8)。
实施例2
一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用，包括以下步骤：
(1)本实施例中，裁剪1*2cm的泡沫镍，将泡沫镍置于丙酮、0.1M盐酸和乙醇中分别超声10min，真空干燥后备用。
(2)将洗净的泡沫镍放入装有40mL去离子水、0.290g Ni(NO3)2·6H2O、0.300gCH4N2O和0.074g NH4F的反应釜中，在90℃下保持10小时。结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到Ni(OH)2前驱体。
(3)首先，将0.03g K3[Fe(CN)6]溶于30mL的去离子水中搅拌10分钟，形成均匀的混合物。然后，将溶液和上述步骤(2)制备的Ni(OH)2前驱体放在反应釜中，在90℃下加热24小时。反应结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到FeNiPBA@NF。
(4)将上述步骤(3)制备的FeNiPBA@NF放入含有25mL 3.0M NH4F溶液的烧杯中浸泡1h，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到F-FeNiPBA@NF。
(5)将0.5g次磷酸钠和上述步骤(4)制备的F-FeNiPBA@NF分别置于管式炉的上游和下游，首先在氩气气氛下通气30min，然后以2℃/min的速率升温至350℃并保持2h，最后在氩气气氛下降至室温，得到Fe/F-Ni2P@NC。在双功能电催化剂测试的过程中，本实例中制备的材料在碱性海水中表现出优异的双功能催化性能，其中Fe/F-Ni2P@NC对肼氧化反应(HzOR)仅需246mV，就可达到1000mA cm-2(图9)。
实施例3
一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用，包括以下步骤：
(1)本实施例中，裁剪1*2cm的泡沫镍，将泡沫镍置于丙酮、0.1M盐酸和乙醇中分别超声10min，真空干燥后备用。
(2)将洗净的泡沫镍放入装有40mL去离子水、0.290g Ni(NO3)2·6H2O、0.300gCH4N2O和0.074g NH4F的反应釜中，在90℃下保持10小时。结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到Ni(OH)2前驱体。
(3)首先，将0.03g K3[Fe(CN)6]溶于30mL的去离子水中搅拌10分钟，形成均匀的混合物。然后，将溶液和上述步骤(2)制备的Ni(OH)2前驱体放在反应釜中，在90℃下加热24小时。温结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到FeNiPBA@NF。
(4)将上述步骤(3)制备的FeNiPBA@NF放入含有25mL 7.0M NH4F溶液的烧杯中浸泡1h，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱得到F-FeNiPBA@NF。
(5)将0.5g次磷酸钠和上述步骤(4)制备的F-FeNiPBA@NF分别置于管式炉的上游和下游，首先在氩气气氛下通气30min，然后以2℃/min的速率升温至350℃并保持2h，最后在氩气气氛下降至室温，得到Fe/F-Ni2P@NC。在双功能电催化剂测试的过程中，本实例中制备的材料在碱性海水中表现出优异的双功能催化性能，其中Fe/F-Ni2P@NC对肼氧化反应(HzOR)仅需233mV，就可达到1000mA cm-2(图10)。
附图说明：
图1：实施例1中得到的Ni(OH)2的扫描电镜图；
图2：实施例1中得到的FeNiPBA@NF的扫描电镜图；
图3：实施例1中得到的F-FeNiPBA@NF的X-射线光电子能谱图；
图4：实施例1中得到的Fe/F-Ni2P@NC的扫描电镜图；
图5：实施例1中得到的Fe/F-Ni2P@NC的X-射线衍射图；
图6：本发明实施例1在碱性海水中的析氢反应(HER)三电极线性扫描伏安曲线。其中X轴为工作电位(V)，Y轴为电流密度(mA/cm2)。
图7：本发明实施例1在碱性海水中的肼氧化反应(HzOR)三电极线性扫描伏安曲线。其中X轴为工作电位(V)，Y轴为电流密度(mA/cm2)。
图8：本发明实施例1组装的肼分解(OHzS)系统与传统的水分解(OWS)海水系统耗能与产氢对比图。其中X轴为耗能(W·h)，Y轴为产氢量(mL)。
图9：本发明实施例2在碱性海水中的肼氧化反应(HzOR)三电极线性扫描伏安曲线。其中X轴为工作电位(V)，Y轴为电流密度(mA/cm2)。
图10：本发明实施例3在碱性海水中的肼氧化反应(HzOR)三电极线性扫描伏安曲线。其中X轴为工作电位(V)，Y轴为电流密度(mA/cm2)。
Claims (7)
1.一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用，其特征在于：通过两步水热法在集流体上成功构建多级结构并引入铁和氟，然后使用磷化辅助法最终得到氮掺杂碳包覆铁氟共掺杂的磷化镍双功能电催化剂(Fe/F-Ni2P@NC)。最终的催化剂在碱性海水中具有优异的肼氧化反应(HzOR)和析氢反应(HER)性质，有效实现节能制氢。
2.按照权利要求1所述的集流体清洗处理方法，其特征在于，将集流体(泡沫镍)裁剪成适当大小，将集流体分别浸入丙酮、乙醇、盐酸水中，超声处理。
3.根据权利要求1所述的第一步水热法，其特征在于，将泡沫镍放入含有30～60mL去离子水，Ni(NO3)2·6H2O，CH4N2O和NH4F的反应釜中，80～120℃反应8～16h，结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱，得到Ni(OH)2。
4.根据权利要求1所述的第二步水热法，其特征在于，将Ni(OH)2放入含有20～50mL去离子水和适量K3[Fe(CN)6]的反应釜中，80～120℃反应20～30h，结束后自然冷却至室温，用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱，得到FeNiPBA@NF。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将FeNiPBA@NF放入NH4F溶液中浸泡0.5～3h，后用去离子水和乙醇反复冲洗多次后放入真空干燥箱，得到F-FeNiPBA@NF。
6.按照权利要求1所述的磷化法，其特征在于，将F-FeNiPBA@NF放置于管式炉下游，次磷酸钠放置于管式炉上游，以1～10℃/min的升温速率至300～450℃，保持1～3h，得到Fe/F-Ni2P@NC。
7.按照权利要求1所述的碱性海水条件，其特征在于，使用天然海水配制1M KOH作为基础电解液。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210951542.1A CN115161696A (zh) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | 一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210951542.1A CN115161696A (zh) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | 一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115161696A true CN115161696A (zh) | 2022-10-11 |
Family
ID=83479013
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210951542.1A Pending CN115161696A (zh) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | 一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115161696A (zh) |
-
2022
- 2022-08-09 CN CN202210951542.1A patent/CN115161696A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110201670B (zh) | 基于三氯化铁/尿素低共熔溶剂的镍铁双金属氢氧化物/泡沫镍催化剂、其制备方法及应用 | |
| CN108325539B (zh) | 一种棒状自组装成花球状的钒修饰的Ni3S2电催化剂的合成方法 | |
| CN110711596B (zh) | 一种高效全解水电催化剂IPBAP/Ni2P@MoOx/NF及其制备方法 | |
| CN105839131A (zh) | 自支撑金属掺杂磷化钴纳米结构的水电解制氢催化电极 | |
| CN112791736A (zh) | WP2/Cu3P复合纳米结构催化剂在电解水产氢方面的应用 | |
| CN113136597B (zh) | 一种铜锡复合材料及其制备方法和应用 | |
| CN110965076A (zh) | 一种双功能三维分层核壳结构电解水电极的制备方法 | |
| CN111777102A (zh) | 一种基于金属氧化物的双功能分解水纳米材料及其制备方法 | |
| CN111939914B (zh) | 一种利用废弃铜箔制备高活性三元金属析氧催化剂的方法 | |
| CN117089881A (zh) | 一种Pt纳米颗粒修饰的双金属LDH催化剂的制备方法及其工业电流密度电解水应用 | |
| CN116180102B (zh) | 一种负载型镍铁基析氧电极及其制备方法与应用 | |
| CN114164451B (zh) | 一种磷化物异质纳米片及其制备方法 | |
| CN115161696A (zh) | 一种基于铁氟共掺杂磷化镍的制备方法及其在肼氧化辅助电解海水产氢中的应用 | |
| CN115584534A (zh) | 一种硫掺杂镍铁基复合电催化剂及制备方法及应用 | |
| CN115386910A (zh) | 异质结构锰钴铁磷双功能电解水电极材料的制备法和用途 | |
| CN111424285B (zh) | 一种低温条件下以泡沫钴为基板构建催化电极的制备方法 | |
| CN114388823A (zh) | 一种燃料电池用三维NiFe-LDH/rGO@NF催化材料及其制备方法 | |
| CN113403641B (zh) | 一种电催化材料及其制备方法和应用 | |
| CN113387418B (zh) | 一种降解废水用梯度金属氧化物电极 | |
| CN115044920B (zh) | 一种自支撑的超低结晶度纳米阵列电解水制氢电催化剂的制备方法 | |
| CN111774071B (zh) | 一种三元金属硫化物纳米片材料及其制备与电解水应用 | |
| CN115786964B (zh) | 钴基尖晶石Cu0.7Co2.3O4电催化剂及其制备方法与应用 | |
| CN117107276A (zh) | 一种耐受安培级大电流的海水裂解电催化剂的合成方法 | |
| CN115948749A (zh) | 一种碳包覆富磷空位磷化钴的合成方法及其在电解海水中的应用 | |
| CN116005168A (zh) | 一种钽钨共掺的针状析氧催化剂 |
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 |