CN115305480A - 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

Info

Publication number
CN115305480A
CN115305480A CN202210963228.5A CN202210963228A CN115305480A CN 115305480 A CN115305480 A CN 115305480A CN 202210963228 A CN202210963228 A CN 202210963228A CN 115305480 A CN115305480 A CN 115305480A
Authority
CN
China
Prior art keywords
catalyst
nickel
salt
water
nitrate
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
Application number
CN202210963228.5A
Other languages
English (en)
Inventor
高雪冬
冯庆东
陈久欢
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.)
Suzhou Gcl New Energy Operation Technology Co ltd
Original Assignee
Suzhou Gcl New Energy Operation Technology Co ltd
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 Suzhou Gcl New Energy Operation Technology Co ltd filed Critical Suzhou Gcl New Energy Operation Technology Co ltd
Priority to CN202210963228.5A priority Critical patent/CN115305480A/zh
Publication of CN115305480A publication Critical patent/CN115305480A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/16—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes
    • B22F9/18—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds
    • B22F9/24—Making metallic powder or suspensions thereof using chemical processes with reduction of metal compounds starting from liquid metal compounds, e.g. solutions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y30/00—Nanotechnology for materials or surface science, e.g. nanocomposites
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • 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
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • 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
    • C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • C25B11/089—Alloys
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/10—Process efficiency
    • Y02P20/133—Renewable energy sources, e.g. sunlight

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明属于电解催化领域，具体涉及一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用。本发明的目的在于提供一种在镍网载体上预先通过水热法合成一种高熵合金纳米材料催化剂AlFeCoNiCu，再对其进行高温氢气还原，最后高温碱洗处理的电解水用合金纳米材料催化剂AlFeCoNiCu‑1的制备方法，并探究了其在全解水反应中的催化性能，属于电催化全解水领域。本发明利用了高熵合金的多功能特性，开发出具有优异催化性能的全解水催化剂。得到的高熵合合金纳米材料催化剂具备优异的电解水催化能力及稳定性，具备成为一种优异的工业化碱性电解水催化剂的巨大潜力。

Description

一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电解催化领域，具体涉及一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
氢能作为绿色环保且可持续发展的清洁能源，与众多制氢技术相比，利用可再生能源发电的电解水制氢技术在保护环境和能源可持续性发展上有着得天独厚的优势。目前，工业上运用最多最普及的是AWE(碱性电解水制氢)技术，其使用的催化剂与PEM相比，在性能上有所欠缺。但是，PEM的缺点也非常明显，使用的催化剂中所包含的Pt，Ru，Ir等元素在地球上的储量极其稀少，因此，催化剂的制备需要极高的成本，这严重阻碍了PEM的发展。因此，为了突破碱性电解水的发展瓶颈，就需开发出优异性能的非贵金属电解水催化剂。
自工业化以来，探索各种经济、高效的方法来产生绿色无污染的可再生能源被认为是解决能源危机的关键。光催化全解水被认为是一种有前途的可持续战略来缓解来自环境污染和能源危机的双重压力，因为这项技术可以直接利用取之不尽用之不竭的太阳能资源来分解水产生H2和O2，显示了的巨大的实际应用潜力。
太阳能是最具潜力的新型清洁能源，理论上太阳在2h内辐射到地球表面的能量足以满足全球1年的能源需求。利用太阳能进行水裂解被认为是解决能源危机和全球变暖的一种有效方法，这个话题已经被广泛的研究了几十年并在最近几年取得了许多重要进展。迄今为止，基于半导体的水裂解方法主要有三种，包括光伏驱动电解(PV-E)，光电化学催化(PEC)和光催化(PC)。PV-E与PEC虽然可以达到较高的太阳能转化率(20％-30％)，然而其工业化工艺必然涉及大型光伏器件的制造，反应器内往往具有很高的溶液电阻并会形成pH值梯度，缓解这些问题又必须剧烈搅拌溶液和加入大量电解质，从而产生额外成本；相比之下，微粒光催化剂成本低廉，且规模扩大工业化几乎没有太多障碍，但由于该过程直接利用太阳能，而太阳辐照波长分布广，能量密度低，造成其总体效率非常低，目前最高的能量转化效率也仅为1％。
在能源紧缺的大背景下，既能产氢又能产氧的全解水技术逐渐成为了全球科学家研究的重点问题。全解水技术既有光催化，也有电催化，还有光电催化。到底哪一种催化技术能够最终胜出，关键还在于催化剂的发现和设计。
半导体光催化剂受其固有能带特征限制通常只对特定波长的光子有较好响应，为了提高光生电子-空穴对的分离效率，激发波长又通常在紫外蓝光波段，而约一半的太阳能包含在 500-900nm波长范围内，因此亟需开发能够吸收可见光及近红外光的光催化剂。
二次能源是联系一次能源和能源用户的中间纽带。二次能源又可分为“过程性能源”和“含能体能源”。当今电能就是应用最广的“过程性能源”；柴油、汽油则是应用最广的“含能体能源”。由于“过程性能源”很难大量地直接贮存，因此汽车、轮船、飞机等机动性强的现代交通运输工具就无法大量使用从发电厂输出来的电能，只能大量使用像柴油、汽油和天然气这一类“含能体能源”。但是随着电动汽车、混合动力车的发展，"过程性能源"也可以部分替代“含能体能源”。随着化石燃料耗量的日益增加，其储量日益减少，终有一天这些资源将要枯竭，这就迫切需要寻找一种不依赖化石燃料的、储量丰富的新的含能体能源。氢能正是一种在常规能源危机的出现、在开发新的二次能源的同时人们期待的新的二次能源。
氢在地球上主要以化合态的形式出现，是宇宙中分布最广泛的物质，它构成了宇宙质量的75％，是二次能源。氢能在21世纪有可能在世界能源舞台上成为一种举足轻重的能源，氢的制取、储存、运输、应用技术也将成为21世纪备受关注的焦点。氢具有燃烧热值高的特点，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。氢燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。资源丰富，可持续发展。
开发新型的工业化碱性电解水催化剂对于氢能产业链发展有着重要作用。为了开发稳定优异电解水催化剂，运用了高熵合金在性能上的多功能性，以一种全新的合成手段极大发挥高熵合金纳米材料的独特优势，提升催化剂的性能及稳定性。同时在载体的选择上选用金属镍网，在工业化的碱性电解槽中已经证明镍网作为电极材料比泡沫镍等载体更具优势。
发明内容
为了解决上述现有的技术问题，本发明提供一种合金纳米材料催化剂(AlFeCoNiCu-1) 的制备方法，包括如下步骤：
S1：将尿素、水和金属盐混合后加入载体镍，加热反应，得到待煅烧催化剂(化学式AlFeCoNiCu)；所述金属盐包括镍盐、铝盐、铁盐、钴盐和铜盐；所述载体镍为镍网或泡沫镍；
S2：将所述待煅烧催化剂降至室温后于含有H2的惰性气氛下进行煅烧，得到煅烧催化剂；所述惰性气氛中，H2的体积分数为1-5％；
S3：将所述煅烧催化剂置于碱溶液中加热处理，得到所述合金纳米材料催化剂。
优选的，所述镍网为40-60目；所述泡沫镍(NF)的厚度为0.5-1.5mm。
优选的，所述镍网的制备方法为：裁量数块尺寸合适的镍网，用稀盐酸溶液超声清洗半 h，然后用乙醇和去离子水冲洗酸处理后的镍网，然后再分别用乙醇和水超声10min,将处理后的镍网置于真空干燥箱中室温干燥8h留待备用。
优选的，所述镍盐为硝酸镍，铁盐为硝酸铁，铝盐为硝酸铝，钴盐为硝酸钴，铜盐为硝酸铜。
优选的，所述镍盐、铁盐、铝盐、钴盐和铜盐的质量比为1-3：1-2：1-3：1-2：0.1-2。
本发明中，选择镍网作为负载高熵合金纳米材料的载体，因为目前的大型工业碱性电解槽所用的电极材料均为镍网，催化剂工艺放大合成后可直接运用于工业碱性电解槽；尿素的作用是作为沉淀剂；二价镍盐，三价铝盐，三价铁盐，二价钴盐，二价铜盐则为合成高熵合金纳米材料提供镍源，铝源，铁源，钴盐以及铜盐；工业碱性电解槽的工作温度为90℃，对催化剂高温碱性处理可大大提升催化剂对于碱性环境的适应性。
优选的，所述镍盐、尿素和水的质量比为1：1-3：100-200。
进一步地，尿素、水和金属盐混合后得到的混合溶液中硝酸镍的浓度为0.01-0.05mol/L，硝酸铁的浓度为0.01-0.05mol/L，硝酸铝的浓度为0.01-0.05mol/L，硝酸钴的浓度为0.01-0.0 5mol/L，硝酸铜的浓度为0.01-0.05mol/L，尿素的浓度则为0.2-0.6mol/L。
优选的，所述步骤S1中，加热反应的温度为100-150℃，时间为8-14h。
优选的，所述步骤S2中，煅烧的温度为300-600℃，时间为2-6h。
优选的，所述惰性气氛为H2和Ar的混合气体。
优选的，所述步骤S3中，碱溶液为1-5mol/L的NaOH水溶液或KOH水溶液。
优选的，所述步骤S3中，加热处理的温度为120-160℃，时间为8-12h。
具体的，所述步骤S3中，将煅烧催化剂放入NaOH溶液中处理后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min,重复2-3次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6-8h。最后得到的就是所制备的合金纳米材料催化剂AlFeCoNiCu-1。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的合金纳米材料催化剂。
该合金纳米材料催化剂在全解水测试中有着优异的性能，施加2V的电压可以驱动100 mA/cm2的电流密度。
本发明还提供一种上述合金纳米材料催化剂作为正负极材料在催化电解水制氢中的应用，包括如下步骤：
催化剂的全解水性能测试采用的是标准的两电极法。将AlFeCoNiCu-1准确切割成面积同样大小，约为1cm2，固定在铂片电极夹上分别充当电解池的阴极和阳极。在1M的KOH电解液中，在标准的两电极测试体系下，要达到100mA/cm2的电流密度，驱动电压为2V。
本发明在制备高熵合金纳米材料时选择的金属元素为Al，Fe，Co，Ni和Cu。铁钴镍三元金属催化剂本就具备着成为全解水催化剂的巨大潜力，再引入铝和铜元素进一步提升了催化活性及稳定性。同时合成的催化剂可以负载在工业碱水电解槽镍网电极上，可以大大降低碱性电解槽的制氢能耗。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明的目的在于提供一种在镍网载体上合成一种高熵合金纳米材料AlFeCoNiCu-1解水催化剂的制备方法和应用。本发明的方法工艺生产成本低，并且容易实现大规模的制备。当把负载在镍网上的AlFeCoNiCu-1催化剂同时作为阳极催化剂和阴极催化剂时，需要2V的外加电压就可以驱动100mA/cm2的电流密度，全解水性能极其优异。
本发明的催化剂的合成方法简单，且所用的金属盐成本低廉，且可牢固的负载在金属镍网上，工艺放大优化后可运用于工业碱性电解槽。
所制得的催化剂表现出优异的电催化活性，催化性能较商用催化剂RuO2和Pt/C更优异，在全解水测试中，1.59V的驱动电压就可达到10mA/cm2的电流密度。
附图说明
图1是合金纳米材料催化剂于1-2.3V电压测试范围测的全解水性能曲线。
图2是纯镍网于1-2.3V电压测试范围测的全解水性能曲线。
图3是AlFeCoNiCu-1的SEM图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
裁量一定数量的3cm*4cm的镍网，用配置的稀盐酸超声进行清洗，以除去表面的氧化层，再分别用乙醇和去离子水进行超声并冲洗，然后放入真空干燥箱中60℃下干燥备用。
实施例1
将0.2g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.25g硝酸铝、0.08g硝酸铜、0.6g尿素溶于 30mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在120℃下反应14h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，得到AlFeCoNiCu；清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在400℃的H2(5％H2，95％Ar)中煅烧3h，后将煅烧后的基底放入2mol/L的NaOH溶液中在140℃下处理10h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复2-3次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
AlFeCoNiCu-1催化剂在1M的KOH电解液中，在标准的两电极测试体系下，要达到100 mA/cm2的电流密度，需要的电压为2.04V。
AlFeCoNiCu-1催化剂的SEM图见图3，为纳米片状结构，其具备较大的电化学活性面积，可以提升催化剂的电化学催化性能。
实施例2
将0.3g硝酸镍、0.18g硝酸铁、0.15g硝酸钴、0.24g硝酸铝、0.13g硝酸铜、0.7g尿素溶于30mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h,然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在150℃下反应12h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，以5℃/min的升温速率在300℃的H2(5％H2， 95％Ar)中煅烧5h，后将煅烧后的基底放入1mol/L的NaOH溶液中在130℃下处理10h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min,重复2-3次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥7h。得到合金纳米材料催化剂。
AlFeCoNiCu-1催化剂在1M的KOH电解液中，在标准的两电极测试体系下，要达到100 mA/cm2的电流密度，需要的电压仅仅为2.16V。
实施例3
将0.2g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.25g硝酸铝、0.08g硝酸铜、0.6g尿素溶于 30mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在120℃下反应14h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在500℃的H2(5％ H2，95％Ar)中煅烧3h，后将煅烧后的基底放入2mol/L的NaOH溶液中在120℃下处理10h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复2-3 次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
实施例4
将0.2g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.25g硝酸铝、0.08g硝酸铜、0.6g尿素溶于 30mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在120℃下反应14h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在600℃的H2(5％H2，95％Ar)中煅烧3h，后将煅烧后的基底放入5mol/L的NaOH溶液中在160℃下处理10h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复2-3 次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
实施例5
将0.2g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.25g硝酸铝、0.08g硝酸铜、0.6g尿素溶于 30mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在120℃下反应14h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在400℃的H2(5％ H2，95％Ar)中煅烧3h，后将煅烧后的基底放入2mol/L的NaOH溶液中在140℃下处理10h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复2-3 次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
实施例6
将0.2g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.25g硝酸铝、0.08g硝酸铜、0.6g尿素溶于 30mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在100℃下反应8h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在600℃的H2(5％H2，95％Ar)中煅烧6h，后将煅烧后的基底放入1mol/L的NaOH溶液中在160℃下处理12h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复2次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
实施例7
将0.2g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.25g硝酸铝、0.08g硝酸铜、0.6g尿素溶于 30mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在120℃下反应10h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在300℃的H2(3％ H2，97％Ar)中煅烧2h，后将煅烧后的基底放入3mol/L的NaOH溶液中在120℃下处理8h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复3 次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
实施例8
将0.2g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.25g硝酸铝、0.08g硝酸铜、0.6g尿素溶于 30mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在150℃下反应9h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在600℃的H2(1％H2，99％Ar)中煅烧6h，后将煅烧后的基底放入4mol/L的NaOH溶液中在140℃下处理10h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复3次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
实施例9
将0.1g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.1g硝酸铝、0.1g硝酸铜、0.3g尿素溶于20mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在150℃下反应9h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在600℃的H2(1％ H2，99％Ar)中煅烧6h，后将煅烧后的基底放入4mol/L的NaOH溶液中在140℃下处理10h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复3 次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
实施例10
将0.1g硝酸镍、0.1g硝酸铁、0.1g硝酸钴、0.1g硝酸铝、0.1g硝酸铜、0.2g尿素溶于10mL去离子水，边超声边搅拌均匀之后，静置1h，然后将混合溶液移入50mL的静态反应釜中，将镍网竖直放入釜中，将其密封完好放入，并在150℃下反应9h。反应完全后待釜自然冷却后将镍网取出，清洗处理后放入管式炉中，再以5℃/min的升温速率在600℃的H2(1％ H2，99％Ar)中煅烧6h，后将煅烧后的基底放入4mol/L的NaOH溶液中在140℃下处理10h，后冷却至室温后取出，并分别用水和乙醇多次冲洗，然后用水和乙醇分别超声2min，重复3 次，然后将其置于60℃真空干燥箱中干燥6h。得到合金纳米材料催化剂。
对比例1
与实施例1步骤相同，区别在于，镍载体不负载催化剂，用纯镍网当做电解槽的正极和负极，在1M的KOH电解液中，在标准的两电极测试体系下，要达到10mA/cm2的电流密度，需要的电压为1.905V。达到100mA/cm2的电流密度，需要的电压为2.406V。如图2所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种合金纳米材料催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将尿素、水和金属盐混合后加入载体镍，加热反应，得到待煅烧催化剂；所述金属盐包括镍盐、铝盐、铁盐、钴盐和铜盐；所述载体镍为镍网或泡沫镍；
S2：将所述待煅烧催化剂降至室温后于含有H2的惰性气氛下进行煅烧，得到煅烧催化剂；所述惰性气氛中，H2的体积分数为1-5％；
S3：将所述煅烧催化剂置于碱溶液中加热处理，得到所述合金纳米材料催化剂。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐为硝酸镍，铁盐为硝酸铁，铝盐为硝酸铝，钴盐为硝酸钴，铜盐为硝酸铜。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐、铁盐、铝盐、钴盐和铜盐的质量比为1-3：1-2：1-3：1-2：0.1-2。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐、尿素和水的质量比为1：1-3：100-200。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1中，加热反应的温度为100-150℃，时间为8-14h。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2中，煅烧的温度为300-600℃，时间为2-6h。
7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，碱溶液中碱的浓度为1-5mol/L。
8.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中，加热处理的温度为120-160℃，时间为8-12h。
9.一种权利要求1-8中任一项所述制备方法制备得到的合金纳米材料催化剂。
10.权利要求9所述合金纳米材料催化剂作为正负极材料在催化电解水制氢中的应用。
CN202210963228.5A 2022-08-11 2022-08-11 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用 Pending CN115305480A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210963228.5A CN115305480A (zh) 2022-08-11 2022-08-11 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210963228.5A CN115305480A (zh) 2022-08-11 2022-08-11 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115305480A true CN115305480A (zh) 2022-11-08

Family

ID=83860754

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210963228.5A Pending CN115305480A (zh) 2022-08-11 2022-08-11 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115305480A (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114075676A (zh) * 2021-10-23 2022-02-22 昆明理工大学 一种四元高熵合金纳米材料、制备方法及其应用
CN115999558A (zh) * 2022-12-07 2023-04-25 嘉庚创新实验室 一种合金氧化物复合材料、制备方法及应用

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114075676A (zh) * 2021-10-23 2022-02-22 昆明理工大学 一种四元高熵合金纳米材料、制备方法及其应用
CN114075676B (zh) * 2021-10-23 2024-01-30 昆明理工大学 一种四元高熵合金纳米材料、制备方法及其应用
CN115999558A (zh) * 2022-12-07 2023-04-25 嘉庚创新实验室 一种合金氧化物复合材料、制备方法及应用

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108554413B (zh) 一种三维多级结构高分散镍基电催化材料及其制备方法
CN108923051A (zh) 一种封装金属钴纳米颗粒的氮掺杂碳纳米管复合型催化剂及其应用
CN102517601B (zh) 一种表面组装有石墨烯的Cu2O/TiO2纳米管阵列电极的制备方法
CN106865506B (zh) 一种组成可控的镍钴化合物纳米线及其制备方法与应用
CN115305480A (zh) 一种合金纳米材料催化剂及其制备方法和应用
CN111389442A (zh) 负载于泡沫镍表面的p-n异质结复合材料及其制备方法与应用
CN109746011B (zh) 一种mof基衍生的复合光催化剂及其制备方法
JP7434372B2 (ja) ニッケル鉄触媒材料の製作方法、酸素発生反応への使用、水電解による水素および／または酸素の製造方法、および液体太陽燃料の製作方法
CN101767021B (zh) 一种p-CoO/n-CdS复合半导体光催化剂的制备方法
WO2021232751A1 (zh) 一种多孔CoO/CoP纳米管及其制备方法和应用
CN111111668A (zh) 一种mof基衍生复合光催化剂及其制备方法
CN111001428A (zh) 一种无金属碳基电催化剂及制备方法和应用
CN110560075B (zh) 一种核壳结构的纳米Cu-Eu合金催化剂及其制备方法和应用
CN112958116B (zh) 一种Bi2O2.33-CdS复合光催化剂及其制备工艺
CN113737200B (zh) 水分解催化剂及其制备方法和应用
CN108842168B (zh) 一种两步电化学法制备g-C3N4/MMO复合薄膜光电极
CN111041508A (zh) 四氧化三钴阵列/钛网分解水制氧电极及其制备方法
CN113699549A (zh) 一种钌&锡双金属氧化物电催化材料及其制备方法和应用
CN114855210B (zh) 一种熔融盐法原位合成碳基单原子纳米片及其制备方法和应用
CN103252248A (zh) 一种有序介孔非贵金属-氮-石墨化碳材料的制备方法
CN116065185A (zh) 一种快速构筑纳米圆锥支撑纳米片电催化剂的制备方法
CN113549931B (zh) 一种Fe@CuMoO4NWA/Cu催化剂的制备方法及应用
CN115490258B (zh) 一种氧化铜纳米片催化剂及制备方法以及在二氧化碳和一氧化碳电催化还原中的应用
CN112928271B (zh) 用于电催化小分子氧化耦合制氢的水滑石纳米片阵列的原位剥层方法
CN115090318A (zh) 一种高比表面积分子间异质结氮化碳光催化剂的制备方法及其应用

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