CN116219479A - 一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法 - Google Patents

一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116219479A
CN116219479A CN202310160077.4A CN202310160077A CN116219479A CN 116219479 A CN116219479 A CN 116219479A CN 202310160077 A CN202310160077 A CN 202310160077A CN 116219479 A CN116219479 A CN 116219479A
Authority
CN
China
Prior art keywords
nitrogen
graphene oxide
hours
transition metal
metal salt
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
CN202310160077.4A
Other languages
English (en)
Inventor
马烨飞
曹文卓
闫昭
李婷
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.)
Yibin Nanmu Nanotechnology Co ltd
Original Assignee
Yibin Nanmu Nanotechnology 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 Yibin Nanmu Nanotechnology Co ltd filed Critical Yibin Nanmu Nanotechnology Co ltd
Priority to CN202310160077.4A priority Critical patent/CN116219479A/zh
Publication of CN116219479A publication Critical patent/CN116219479A/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
    • 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
    • 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
    • C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
    • C25B11/057—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of a single element or compound
    • C25B11/065—Carbon
    • 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)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明实施例涉及一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法。制备方法包括：在甲基咪唑溶液中加入超声分散30‑100min后的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌后加入1‑5g的氮掺杂前驱体，室温搅拌之后加入含镍过渡金属盐、铁过渡金属盐和铝过渡金属盐的混合溶液，搅拌得到混合后的溶液；将混合后的溶液低压抽滤，干燥，将干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨得到棕黄色的粉末；将粉末倒入瓷舟，于管式炉中通入惰性气体和/或还原性气体，升温至300‑600℃，煅烧0.5‑5小时，再升温至700‑1000℃，煅烧0.5‑4小时，冷却至室温后得到黑色粉末；将黑色粉末在过量的碱溶液中60‑100℃热洗5‑20小时，之后低压抽滤混合液体并以去离子水洗涤至中性，得到氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。

Description

一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备 方法
技术领域
本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法。
背景技术
使用可再生能源电解水的技术具有广阔前景，这是由于在电解产生氢气的过程中不适用化石燃料，并且生产的氢气是绿色可持续能源。析氧反应(OER)是水电解的半反应，其动力学比另一半反应——析氢反应(HER)更慢，能耗也更高。为了在保持低能耗的前提下促进反应效率，OER需要更高效的催化剂。目前，如RuO2和IrO2等贵金属基氧化物过电位较低，能够表现出高效的OER催化活性，但它们在地壳中含量稀少，市价高昂，这严重阻碍了水电解的商业应用。因此，开发廉价、高活性且性能稳定的非贵过渡金属基电催化剂来催化OER，在碱性电解水反应中具有重要意义。
在这方面，基于地壳中含量丰富的Ni、Fe过渡金属元素的合金作为OER活性催化剂引起了极大的关注。1987年，Corrigan的团队报道了电解质溶液中极少量的Fe(0.01％)会显着影响Ni电极的OER性能。含铁和不含铁的镍电极的Tafel斜率分别为70mV dec-1和20-25mV dec-1，分别表明Fe掺入Ni极大地提升了OER活性。但是，NiFe基电催化剂活性位较少，转化率低，且电导率不足，这导致其缺乏活性和稳定性。
发明内容
本发明的目的是针对传统NiFe基碳质复合材料的OER催化剂活性不足，比表面积过小，催化持久的问题，提出一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法。
为此，第一方面，本发明实施例提供了一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的制备方法，所述制备方法包括：
将1-10mmol的2-甲基咪唑在室温下溶于10-50mL去离子水中制成甲基咪唑溶液，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散30-100min后的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌1-20小时；接着加入1-5g的氮掺杂前驱体，室温搅拌1-20小时；之后加入含0.1-5mmol的镍过渡金属盐、0.1-5mmol的铁过渡金属盐和0.1-5mmol的铝过渡金属盐的混合溶液，并且持续搅拌5-40小时，得到混合后的溶液；
将所述混合后的溶液在-0.1～0.09MPa低压抽滤，得到的滤饼在40-100℃真空干燥10-40小时，将干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨10-40min，得到棕黄色的粉末；
将所述粉末倒入瓷舟并平铺均匀，将所述瓷舟置于管式炉中，在所述管式炉通入惰性气体和/或还原性气体，以2-8℃/min的速率升温至300-600℃，煅烧0.5-5小时，再以2-8℃/min的速率升温至700-1000℃，煅烧0.5-4小时，冷却至室温后得到黑色粉末；
将所述黑色粉末在过量的碱溶液中60-100℃热洗5-20小时，之后低压抽滤混合液体并以去离子水洗涤至中性，得到氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。
优选的，所述氮掺杂前驱体包括：三聚氰胺、氨水、聚吡咯或者聚苯胺中的一种或多种。
优选的，所述镍过渡金属盐包括：Ni(NO3)2·6H2O、NiCl2·6H2O、Ni(CHCO3)2·6H2O、NiSO4·6H2O的一种或几种；
所述铁过渡金属盐包括：Fe(NO3)3·6H2O、FeCl3·6H2O、Fe(CH3COO)3、Fe2(SO4)3·6H2O中的一种或几种；
所述铝过渡金属盐包括：Al(NO3)3·9H2O、AlCl3·6H2O、Al(OH)(C2H3O2)2、Al2(SO4)3·16H2O中的一种或几种。
优选的，所述镍过渡金属盐、铁过渡金属盐及与铝过渡金属盐的物质的量之比为0.1-5：0.1-5：0.1-5。
优选的，所述瓷舟具体为刚玉圆底瓷舟。
优选的，所述惰性气体包括：N2和/或Ar；所述还原性气体包括：H2。
优选的，所述碱溶液包括KOH、NaOH、NH3·H2O中的一种或几种；所述碱溶液的用量为50-200mL，浓度为0.5-5mol/L。
第二方面，本发明实施例提供了一种上述第一方面所述的制备方法制备得到的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。
优选的，所述析氧电催化剂包括结构单元和镶嵌于结构单元中的导电网络；
所述结构单元由氮掺杂的氧化石墨烯(NGO)构成，所述导电网络由镍铁合金纳米颗粒和孔洞构成；其中Al用于产生所述孔洞，从而增大材料的比表面积，增加NiFe活性位点的暴露。
优选的，所述氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂用于碱性电催化析氧反应。
本发明实施例提供的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的制备方法。本方法以氮掺杂氧化石墨烯为基底，通过对NiFe合金中掺入金属Al，在材料合成后除去Al并在合金纳米颗粒中制造孔洞。该方法通过氮掺杂氧化石墨烯基底提高了NiFe合金的导电性，并且有利于电解液的渗透和氧气的快速排出，消除Al产生的孔洞可以进一步增大材料的比表面积，使NiFe活性位点充分暴露，加速传质。本发明采用水溶剂搅拌的原位合成方式，制备出具有强催化性能和持久催化活性的多孔洞的NiFe基OER催化剂。
附图说明
图1为本发明实施例提供的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂制备方法流程图；
图2为本发明实施例1制备的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的扫描电子显微镜(SEM)的下微观形貌图；
图3为本发明实施例1与对比例1、2、3、4在0.1mol/L KOH溶液中的氧析出反应(OER)的线性扫描伏安特性曲线测试图(LSV)。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
本发明实施例提供了一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂，其制备方法的主要步骤如图1所示，包括：
步骤110，将1-10mmol的2-甲基咪唑在室温下溶于10-50mL去离子水中制成甲基咪唑溶液，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散30-100min后的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌1-20小时；接着加入1-5g的氮掺杂前驱体，室温搅拌1-20小时；之后加入含0.1-5mmol的镍过渡金属盐、0.1-5mmol的铁过渡金属盐和0.1-5mmol的铝过渡金属盐的混合溶液，并且持续搅拌5-40小时，得到混合后的溶液；
其中，氮掺杂前驱体包括：三聚氰胺、氨水、聚吡咯或者聚苯胺中的一种或多种。
镍过渡金属盐包括：Ni(NO3)2·6H2O、NiCl2·6H2O、Ni(CHCO3)2·6H2O、NiSO4·6H2O的一种或几种。
铁过渡金属盐包括：Fe(NO3)3·6H2O、FeCl3·6H2O、Fe(CH3COO)3、Fe2(SO4)3·6H2O中的一种或几种。
铝过渡金属盐包括：Al(NO3)3·9H2O、AlCl3·6H2O、Al(OH)(C2H3O2)2、Al2(SO4)3·16H2O中的一种或几种。
上述镍过渡金属盐、铁过渡金属盐及与铝过渡金属盐的物质的量之比为0.1-5：0.1-5：0.1-5。
步骤120，将混合后的溶液在-0.1～0.09MPa低压抽滤，得到的滤饼在40-100℃真空干燥10-40小时，将干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨10-40min，得到棕黄色的粉末；
步骤130，将粉末倒入瓷舟并平铺均匀，将瓷舟置于管式炉中，在管式炉通入惰性气体和/或还原性气体，以2-8℃/min的速率升温至300-600℃，煅烧0.5-5小时，再以2-8℃/min的速率升温至700-1000℃，煅烧0.5-4小时，冷却至室温后得到黑色粉末；
瓷舟可以优选的采用刚玉圆底瓷舟。
惰性气体包括：N2和/或Ar；还原性气体包括：H2。因此也可以是N2与H2混合气体或Ar与H2混合气体。
步骤140，将黑色粉末在过量的碱溶液中60-100℃热洗5-20小时，之后低压抽滤混合液体并以去离子水洗涤至中性，得到氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。
碱溶液包括KOH、NaOH、NH3·H2O中的一种或几种；碱溶液的用量为50-200mL，浓度为0.5-5mol/L。
通过碱溶液去除黑色粉末中的Al，使得原本高温烧结形成的Al金属纳米颗粒被刻蚀，颗粒位置出留出空洞，最终材料出现孔洞结构。
为了更好的说明本发明的技术方案，以下通过具体的实施例、对比例，对本发明进行进一步的说明，但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的合成：
将5mmol 2-甲基咪唑在室温条件下溶于30mL去离子水中，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散100min的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌10小时。接着加入4g三聚氰胺，室温搅拌12小时。之后加入含2mmol Ni(NO3)2·6H2O、2mmol Fe(NO3)3·6H2O和6mmol Al(NO3)3·9H2O的混合溶液，并且持续搅拌20小时。将混合均匀的溶液低压抽滤，得到的滤饼在80℃真空干燥12小时。干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨30min，得到棕黄色粉末。将粉末倒入刚玉圆底瓷舟并平铺均匀，瓷舟置于管式炉中，管式炉通入惰性气体或还原性气体。设置升温程序以5℃/min升温至380℃，煅烧3小时，再以3℃/min，升温至900℃，煅烧2小时，冷却至室温后得到黑色粉末样品。将粉末样品在过量碱溶液中热洗8小时，温度为80℃。结束后低压抽滤混合液体并以去离子水洗涤至中性，得到样品氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。
通过扫描电子显微镜(SEM)对实施例1获得的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂材料的形貌进行分析，结果如图2所示，可见材料的氧化石墨烯基底，金属纳米颗粒镶嵌于氮掺杂氧化石墨烯中。
对比例1
本对比例提供一种氮掺杂氧化石墨烯片负载Ni材料(Ni@NGO)的合成。
将5mmol 2-甲基咪唑在室温条件下溶于30mL去离子水中，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散100min的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌10小时。接着加入4g三聚氰胺，室温搅拌12小时。之后加入含2mmol Ni(NO3)2·6H2O的溶液，并且持续搅拌20小时。将混合均匀的溶液低压抽滤，得到的滤饼在80℃真空干燥12小时。干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨30min，得到棕黄色粉末。将粉末倒入刚玉圆底瓷舟并平铺均匀，瓷舟置于管式炉中，管式炉通入惰性气体或还原性气体。设置升温程序以5℃/min升温至380℃，煅烧3小时，再以3℃/min，升温至900℃，煅烧2小时，冷却至室温后得到黑色粉末样品Ni@NGO。
对比例2
本对比例提供一种氮掺杂氧化石墨烯片负载Fe材料(Fe@NGO)的合成。
将5mmol 2-甲基咪唑在室温条件下溶于30mL去离子水中，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散100min的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌10小时。接着加入4g三聚氰胺，室温搅拌12小时。之后加入含2mmol Fe(NO3)3·6H2O的溶液，并且持续搅拌20小时。将混合均匀的溶液低压抽滤，得到的滤饼在80℃真空干燥12小时。干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨30min，得到棕黄色粉末。将粉末倒入刚玉圆底瓷舟并平铺均匀，瓷舟置于管式炉中，管式炉通入惰性气体或还原性气体。设置升温程序以5℃/min升温至380℃，煅烧3小时，再以3℃/min，升温至900℃，煅烧2小时，冷却至室温后得到黑色粉末样品Fe@NGO。
对比例3
本对比例提供一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFe材料(NiFe@NGO)的合成。
将5mmol 2-甲基咪唑在室温条件下溶于30mL去离子水中，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散100min的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌10小时。接着加入4g三聚氰胺，室温搅拌12小时。之后加入含2mmol Ni(NO3)2·6H2O和2mmol Fe(NO3)3·6H2O的水溶液，并且持续搅拌20小时。将混合均匀的溶液低压抽滤，得到的滤饼在80℃真空干燥12小时。干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨30min，得到棕黄色粉末。将粉末倒入刚玉圆底瓷舟并平铺均匀，瓷舟置于管式炉中，管式炉通入惰性气体或还原性气体。设置升温程序以5℃/min升温至380℃，煅烧3小时，再以3℃/min，升温至900℃，煅烧2小时，冷却至室温后得到黑色粉末样品NiFe@NGO。
对比例4
本对比例提供一种氮掺杂氧化石墨烯片材料(NGO)的合成。
将5mmol 2-甲基咪唑在室温条件下溶于30mL去离子水中，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散100min的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌10小时。接着加入4g三聚氰胺，室温搅拌12小时。将混合均匀的溶液低压抽滤，得到的滤饼在80℃真空干燥12小时。干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨30min，得到棕黄色粉末。将粉末倒入刚玉圆底瓷舟并平铺均匀，瓷舟置于管式炉中，管式炉通入惰性气体或还原性气体。设置升温程序以5℃/min升温至380℃，煅烧3小时，再以3℃/min，升温至900℃，煅烧2小时，冷却至室温后得到黑色粉末样品NGO。
对以上实施例和对比例进行双功能催化性能评估，所有的电化学测试使用的电化学工作站型号为CHI 760E且配备有PINE旋转圆盘电极测试体系，电化学测试都在室温下进行。
工作电极的制备：使用旋转圆盘电极(RDE)，即玻璃碳电极(GCE，d＝5mm)之前，首先使用Al2O3粉末将电极表面在抛光布上打磨至镜面，然后用去离子水冲洗数次，室温干燥后待用。准确称量4mg实施例1获得的NiFeAl@NGO材料、261μL异丙醇、652μL去离子水、87μLNafion溶液(5wt.％)混合，将混合物超声处理1小时。最后将上述制备的浆料取10μL均匀滴涂在GCE表面，自然干燥，从而获得测试使用的工作电极。电极表面催化剂的负载量为0.20mg/cm2。
作为对照实验，将商用RuO2催化剂也采用相同的工作电极制备方法进行制备，作为对比例5参与电化学性能测试。
电化学性能测试：在测试过程中采用标准的三电极电化学测试体系，其中，对电极为Pt片，参比电极为饱和甘汞电极(SCE)以及上述制备的工作电极。
采用旋转圆盘电极(RDE)测试了实施例1获得的样品在0.1mol/L KOH溶液中的OER性能，转速为1600rpm的LSV曲线，结果如图3所示。实施例1的样品表现出高的OER电催化活性，当电流密度达到10mA/cm2时，在碱性介质呈现出360mV的过电位。同样电流密度下，对比例1过电位为465mV，对比例2过电位为438mV，对比例3过电位为397mV，对比例4过电位为669mV，对比例5过电位为411mV。相对于实施例和对比例3，对比例1、2分别采用了单金属Ni、Fe，通过比较三者的氧析出过电位可以得出，使用了双金属NiFe的实施例活性优于对比例1、2。相对于实施例，对比例3仅引入了Ni、Fe双金属，而未采用碱刻蚀Al金属制造孔洞的方式，扩大活性区域，增强催化活性，可以从二者的氧析出过电位得出，采用碱刻蚀Al金属制造孔洞的实施例具有更优异的催化活性。对比例4未引入金属，与实施例作比较的目的是为了证实在引入金属后提升了基底石墨烯的性能。对比例5为商用氧析出反应活性催化剂，与实施例作比较的目的是为了证实此发明可以制备出催化活性优于商用材料的产品。
本发明实施例提供的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的制备方法。本方法以氮掺杂氧化石墨烯为基底，通过对NiFe合金中掺入金属Al，在材料合成后除去Al并在合金纳米颗粒中制造孔洞。该方法通过氮掺杂氧化石墨烯基底提高了NiFe合金的导电性，并且有利于电解液的渗透和氧气的快速排出，消除Al产生的孔洞可以进一步增大材料的比表面积，使NiFe活性位点充分暴露，加速传质。本发明采用水溶剂搅拌的原位合成方式，制备出具有强催化性能和持久催化活性的多孔洞的NiFe基OER催化剂。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
将1-10mmol的2-甲基咪唑在室温下溶于10-50mL去离子水中制成甲基咪唑溶液，之后在甲基咪唑溶液中加入超声分散30-100min后的氧化石墨烯(GO)，持续搅拌1-20小时；接着加入1-5g的氮掺杂前驱体，室温搅拌1-20小时；之后加入含0.1-5mmol的镍过渡金属盐、0.1-5mmol的铁过渡金属盐和0.1-5mmol的铝过渡金属盐的混合溶液，并且持续搅拌5-40小时，得到混合后的溶液；
将所述混合后的溶液在-0.1～0.09MPa低压抽滤，得到的滤饼在40-100℃真空干燥10-40小时，将干燥后的块状物用玛瑙研钵研磨10-40min，得到棕黄色的粉末；
将所述粉末倒入瓷舟并平铺均匀，将所述瓷舟置于管式炉中，在所述管式炉通入惰性气体和/或还原性气体，以2-8℃/min的速率升温至300-600℃，煅烧0.5-5小时，再以2-8℃/min的速率升温至700-1000℃，煅烧0.5-4小时，冷却至室温后得到黑色粉末；
将所述黑色粉末在过量的碱溶液中60-100℃热洗5-20小时，之后低压抽滤混合液体并以去离子水洗涤至中性，得到氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氮掺杂前驱体包括：三聚氰胺、氨水、聚吡咯或者聚苯胺中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍过渡金属盐包括：Ni(NO3)2·6H2O、NiCl2·6H2O、Ni(CHCO3)2·6H2O、NiSO4·6H2O的一种或几种；
所述铁过渡金属盐包括：Fe(NO3)3·6H2O、FeCl 3·6H2O、Fe(CH3COO)3、Fe2(SO4)3·6H2O中的一种或几种；
所述铝过渡金属盐包括：Al(NO3)3·9H2O、AlCl 3·6H2O、Al(OH)(C2H3O2)2、Al2(SO4)3·16H2O中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍过渡金属盐、铁过渡金属盐及与铝过渡金属盐的物质的量之比为0.1-5：0.1-5：0.1-5。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述瓷舟具体为刚玉圆底瓷舟。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述惰性气体包括：N2和/或Ar；所述还原性气体包括：H2。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述碱溶液包括KOH、NaOH、NH3·H2O中的一种或几种；所述碱溶液的用量为50-200mL，浓度为0.5-5mol/L。
8.一种上述权利要求1-7任一所述的制备方法制备得到的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述析氧电催化剂包括结构单元和镶嵌于结构单元中的导电网络；
所述结构单元由氮掺杂的氧化石墨烯(NGO)构成，所述导电网络由镍铁合金纳米颗粒和孔洞构成；其中Al用于产生所述孔洞，从而增大材料的比表面积，增加NiFe活性位点的暴露。
10.根据权利要求8所述的氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂，其特征在于，所述氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂用于碱性电催化析氧反应。
CN202310160077.4A 2023-02-23 2023-02-23 一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法 Pending CN116219479A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310160077.4A CN116219479A (zh) 2023-02-23 2023-02-23 一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202310160077.4A CN116219479A (zh) 2023-02-23 2023-02-23 一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN116219479A true CN116219479A (zh) 2023-06-06

Family

ID=86571002

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202310160077.4A Pending CN116219479A (zh) 2023-02-23 2023-02-23 一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116219479A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110838588B (zh) 一种可充式锌空电池双功能催化剂及其制备方法与应用
CN109728311B (zh) 负载铁钴硫化物的金属有机框架化合物中空微球
CN109659570B (zh) 负载铁钴硫化物的金属有机框架化合物中空微球的应用
CN108311151B (zh) 一种基于镍铁合金/镍钴氧化物二元复合材料的析氧电催化剂及其制备方法
CN110931805B (zh) 一种铂合金催化剂、其制备方法及在燃料电池阴极催化剂的应用
CN108067248A (zh) 三维纳米棒结构的PtNi合金催化剂及其制备和应用
CN111085195B (zh) 金属合金催化剂及其制备方法
CN112002915B (zh) 一种氧电极双功能催化剂、制备方法及应用
CN111883785B (zh) 一种Co-N共掺杂鼓状多孔碳催化剂及其制备方法与应用
CN111569928A (zh) 一种MOFs衍生碳基材料锚定高分散金属Pt纳米团簇及其制备方法和应用
CN114657592B (zh) 一种用于电催化二氧化碳还原的镍基催化剂及其制备方法
CN108039499B (zh) 一种氮掺杂剥离碳纳米管负载四氧化三钴材料的制备方法
CN113522308A (zh) 一种高熵合金催化剂及其制备方法和应用
CN114959791A (zh) 一种Mg掺杂的NiFe基（氧）氢氧化物的制备方法及其析氧电催化应用
CN109731599B (zh) 一种2D氧还原催化剂Fe3O4@FeNC纳米片的制备方法
CN111111721A (zh) 一种硼掺杂碳壳包裹CoNi纳米粒子复合材料的制备及应用
CN106953104B (zh) 一种以还原氧化石墨烯为载体的Ni@Au@Pd三层核壳结构的电催化剂及其制备方法
CN111063902A (zh) 一种纳米金属插层水滑石材料电极催化剂的制备方法
CN116544429A (zh) 一种MnO/Mn-N-C催化剂的制备方法及应用
CN116219479A (zh) 一种氮掺杂氧化石墨烯片负载NiFeAl析氧电催化剂及制备方法
Lim et al. Fabrication and characterization of high-activity Pt/C electrocatalysts for oxygen reduction
CN113889633B (zh) 一种合金催化剂及其制备方法和用途
CN115832334B (zh) 单原子金属-氮-碳气凝胶氧还原电催化剂的制备方法
CN115652357B (zh) 一种硫掺杂的钌酸钇及其制备方法和析氧反应电极
CN115528257A (zh) 一种多孔结构的Pt基高熵合金的制备方法

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