一种Fe-Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法技术

本发明专利技术公开了一种Fe

【技术实现步骤摘要】
一种Fe
‑
Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法


[0001]本专利技术属于拉曼测试
，具体涉及一种Fe
‑
Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼散射(SERS)是一种强大的光谱技术，可提供超高灵敏度的指纹振动信息，使得表面拉曼光谱本质上的低检测灵敏度不再是其致命的缺点。SERS是研究分子结构的一种重要分析方法，它不但具有拉曼光谱的大部分优点，并能够提供更丰富的化学分子的结构信息，可实现实时、原位探测，而且灵敏度高，数据处理简单,准确率高，是非常强有力的痕量检测工具，已经在表面科学、材料科学、生物、医学、食品安全、环境监测和国家安全等领域得到了广泛应用。
[0003]电解水技术由于环境友好、产品纯度高以及无碳排放而成为具有应用前景的绿色制氢方法之一。近些年来，作为电解水反应的一个半反应，析氢反应(HER)发展迅速；然而另一个半反应，析氧反应(OER)却因其复杂的四电子氧化过程以及由此所致的缓慢动力学特征成为制约电解水反应整体效率的瓶颈，因此借助表面增强拉曼散射从分子水平深入研究析氧反应(OER)反应机理具有重大意义。然而能够产生较大SERS效应的Au在析氧反应过程中无法在高电位条件下工作，这严重限制了SERS的实际应用。
[0004]为了更好地研究析氧反应(OER)在分子层面的催化机制，捕捉OER中间物种的信号，以及保证高电位下得到增强的拉曼信号，非常有必要制备一种特殊的化合物，在高电位下也能原位探究NiFe催化剂的OER过程，实时监控OER电位下NiFe催化剂表面物种和整体结构的变化。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种Fe
‑
Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法，通过制备一种特殊的核壳结构Au@Fe
x
Ni1‑
x
O，结合原位拉曼技术，探究NiFe催化剂的OER过程。
[0006]为了实现以上目的，本专利技术的技术方案为：一种Fe
‑
Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法，具体包括如下步骤：
[0007](1)合成Au纳米粒子：将氯金酸水溶液和柠檬酸钠水溶液加热反应后得到Au纳米粒子溶胶；
[0008](2)合成Au@Fe
x
Ni1‑
x
粒子：取步骤(1)中得到的金纳米粒子加入不同摩尔投料比例的Ni、Fe盐，再加入碱性溶液，然后在碱性条件下使用还原剂进行还原，得到Au@Fe
x
Ni1‑
x
粒子，最后在烘箱中干燥，得到不同NiFe比例的Au@Fe
x
Ni1‑
x
O；
[0009](3)制备电极：将步骤(2)合成的Au@Fe
x
Ni1‑
x
O制备成墨水滴在玻碳电极，干燥后即可完成电极的制备；
[0010](4)原位拉曼测试：结合电化学CV曲线，施加相应氧化电位，进行原位拉曼测试。
[0011]进一步地，所述步骤(1)制得的Au纳米粒子粒径为50～60nm。
[0012]进一步地，所述步骤(1)中Au纳米粒子的合成方法如下：配置HAuCl4水溶液，将HAuCl4水溶液加入200mL水中，再加柠檬酸钠溶液，在98
‑
100℃保持40min，停止反应得到55nm Au纳米粒子。
[0013]进一步地，所述HAuCl4水溶液浓度为28.0
‑
30.0mmol/L，HAuCl4水溶液加入量为2.0
‑
3.0ml，柠檬酸钠水溶液的加入量为1.4
‑
2ml，柠檬酸钠水溶液的质量分数为1％。
[0014]进一步地，所述步骤(2)中Au@Fe
x
Ni1‑
x
O的合成方法具体如下：取35
‑
45mL的的55nm Au高速离心处理，去除上清液，在溶液中加4
‑
6ml无水乙醇重新分散；然后再加入不同摩尔投料比例的Ni、Fe盐无水乙醇溶液，然后在60
‑
70℃下搅拌5min，加入一定浓度的水合肼和NaOH混合乙醇溶液，65℃反应一定时间，即可得到Au@Fe
x
Ni1‑
x
粒子，随后再用无水乙醇清洗数遍即可；最后在烘箱中烘干24小时即可得到Au@Fe
x
Ni1‑
x
O。
[0015]进一步地，所述步骤(2)中加入的Ni盐为硝酸镍或氯化镍其中之一，Fe盐为六水合氯化铁(FeCl3·
6H2O)或九水合硝酸铁(FeNO3·
9H2O)其中一种，其中NiFe盐的投料摩尔比为可表示为Ni
x
Fe1‑
x
，其中x范围为0
‑
1，因此加入的Ni，Fe盐的量只需符合x，1
‑
x即可。
[0016]进一步地，所述步骤(2)中碱性溶液为水合肼乙醇溶液和氢氧化钠乙醇溶液的混合溶液，具体为0.3mL质量分数为50％的水合肼乙醇溶液和1mL 0.5mol/L的NaOH乙醇溶液。
[0017]上述中的干燥方法主要指普通加热烘箱干燥。
[0018]进一步地，所述步骤(3)中墨水的制备方法具体如下：配制浓度5mg/ml的Au@Fe
x
Ni1‑
x
O墨水，将Au@Fe
x
Ni1‑
x
O加入到超纯水、无水乙醇以及质量分数为5％的商业Nafion溶液按照体积比为4:5:1配制而成的溶剂中，制得浓度5mg/ml的Au@Fe
x
Ni1‑
x
O墨水。
[0019]Nafion是一种聚合物，具体化学式(C7HF
13
O5S.C2F4)x，干燥后会形成聚合物薄膜，作用是防止催化剂在测试时脱落。
[0020]进一步地，玻碳电极是指本实验室特殊定制的原位拉曼玻碳电极，修饰的电极表方法直接将墨水滴至玻碳电极表面，进行干燥即可，所述干燥方法主要为空气自然干燥、红外烤灯干燥或加热烘箱干燥三种方法之一。
[0021]进一步地，所述步骤(4)中CV曲线使用电化学工作站CHI 760e施加氧化电位，电位范围在1
‑
1.6V(Vs.RHE)，扫描速率范围为50
‑
100mV/s，循环圈数为2
‑
4圈进行循环伏安曲线扫描，最后所得到的曲线为CV曲线。
[0022]进一步地，所述步骤(4)中原位拉曼测试使用的仪器为Xplora Plus，激发光638nm，激光功率为1
‑
10％，用电化学工作站固定具体氧化电位后，电位范围在1
‑
1.6V(Vs.RHE)，进行当前电位下的拉曼扫描，得到对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Fe
‑
Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)合成Au纳米粒子：将氯金酸水溶液和柠檬酸钠水溶液加热反应后得到Au纳米粒子溶胶；(2)合成Au@Fe
x
Ni1‑
x
粒子：取步骤(1)中得到的Au纳米粒子溶胶用无水乙醇分散，加入Ni盐和Fe盐的无水乙醇溶液，再加入碱性溶液，然后使用还原剂进行还原，干燥后得到Au@Fe
x
Ni1‑
x
粒子；(3)制备电极：将步骤(2)合成的Au@Fe
x
Ni1‑
x
O制备成墨水滴在玻碳电极，干燥后完成电极的制备；(4)原位拉曼测试：结合电化学CV曲线，施加相应氧化电位，进行原位拉曼测试。2.根据权利要求1所述的一种Fe
‑
Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法，其特征在于，所述步骤(2)中Au纳米粒子溶胶与分散用的乙醇体积比为35
‑
45:4
‑
6。3.根据权利要求1所述的一种Fe
‑
Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法，其特征在于，所述步骤(2)中Ni盐为硝酸镍或氯化镍，Fe盐为六水合氯化铁或九水合硝酸铁，其中Ni盐和Fe盐的投料摩尔比为可表示为Ni
x
Fe1‑
x
，x范围为0
‑
1。4.根据权利要求1所述的一种Fe
‑
Ni复合金属氧化物用于析氧反应原位拉曼的研究方法，其特征在于，所述步骤(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，钱政鑫，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：