一种晶态-非晶态纳米片电催化剂及其制备方法技术

一种晶态

【技术实现步骤摘要】
一种晶态
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非晶态纳米片电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及金属纳米材料制备
，具体涉及一种晶态
‑
非晶态纳米片电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁能源，是能源转型最具优势的可行路线之一。电解水制氢无法大规模生产的现状主要归结于绿色氢能源成本。析氧反应(OER)是电解水中的一个关键反应，由于复杂的四电子转移，其动力学过程一般比较缓慢，也是目前的难点。一系列高性能的催化剂已经能够获取较低的过电势，甚至优于现有商业贵金属催化剂，但大电流稳定性仍然是电解水制氢无法大规模生产的限制之一。电催化领域中，晶态
‑
非晶态复合结构已经显示出明显的优势，也是目前研究的热点问题之一。但在金属基底材料上原位合成复合结构时，目前常用电镀或后期处理等方法难以克服异相成核的局限，一般需要使用不同的化学成分构筑不同的异质结。这些方法存在流程特殊，可控参数多，部分原料成本高等问题。例如，部分电镀方式需要特定的磁场装置辅助，且不利于放大生产，也不利于降低总的制备成本。
[0003]因此，亟需一种新的方式能够突破原有的成核限制，形成均一组成的晶态非晶态复合结构。不仅需要具有高效的OER性能，同时需要拥有突出的稳定性，特别针对大电流状态。上述要求也是目前电解水进行工业化必须攻克的难题。

技术实现思路

[0004]根据第一方面，在一实施例中，提供一种晶态
‑
非晶态纳米片电催化剂的制备方法，包括：
[0005]将吸附有前驱体的导电支撑体置于有机溶剂蒸汽中，反应得到所述晶态
‑
非晶态纳米片电催化剂。
[0006]根据第二方面，在一实施例中，提供一种晶态
‑
非晶态纳米片电催化剂，所述电催化剂包含晶态
‑
非晶态镍铁层状氢氧化物，所述电催化剂中镍、铁、氧、氮元素均匀分布，所述镍铁层状氢氧化物包含纳米片结构，所述纳米片结构由出现在相邻域中并列的晶态
‑
非晶态耦合而成；
[0007]或，所述电催化剂包含晶态
‑
非晶态镍层状氢氧化物，所述电催化剂中镍、氧、氮元素均匀分布，所述镍层状氢氧化物包含纳米片结构，所述纳米片结构由出现在相邻域中并列的晶态
‑
非晶态耦合而成。
[0008]依据上述实施例的一种晶态
‑
非晶态纳米片电催化剂及其制备方法，本专利技术利用有机溶剂蒸汽辅助技术在可控密闭循环反应体系中制备晶态
‑
非晶态镍或镍铁层状氢氧化物催化剂。制得的催化剂具有明显的晶态和非晶态耦合结构，电化学过程表现出明显的活化过程，活化后的催化剂具备高效且稳定的性能优势。
[0009]在一实施例中，本专利技术合成的晶态
‑
非晶态耦合镍铁层状氢氧化物不仅在200mA
·
cm
‑2的电流下保持稳定，而且在500～1000mA
·
cm
‑2的大电流下能够稳定运行不少于200h，在电解水制氢产业化中具有重要意义。
附图说明
[0010]图1为本专利技术一实施例的晶态
‑
非晶态复合镍铁层状氢氧化物催化剂的制备流程图；
[0011]图2(a)为镍铁层状氢氧化物的形貌特征图；
[0012]图2(b)为镍铁层状氢氧化物的元素分布图；
[0013]图3为镍铁层状氢氧化物的X射线衍射图谱；
[0014]图4为镍铁层状氢氧化物的TEM图像和衍射环；
[0015]图5为镍铁层状氢氧化物的EDS能谱图；
[0016]图6为测试例中，制备的晶态
‑
非晶态镍铁层状氢氧化物电催化剂的电化学活化过程，其中，图6(a)示出了电催化析氧(OER)的伏安曲线(CV)，插入的图为200mA
·
cm
‑2下持续运行12小时的响应电位曲线；
[0017]图6(b)示出了电催化析氧(OER)的极化曲线(LSV)；
[0018]图6(c)示出了电催化析氧(OER)的电化学阻抗谱图(EIS)；
[0019]图6(d)示出了甲醇蒸汽辅助法制备的晶态
‑
非晶态镍铁层状氢氧化物催化剂的电化学稳定性测试(200mA
·
cm
‑2、500mA
·
cm
‑2和1000mA
·
cm
‑2)结果图；
[0020]图7(a)为稳定性测试前后LSV曲线的变化图；
[0021]图7(b)为镍铁层状氢氧化物稳定性测试后SEM图；
[0022]图7(c)为镍铁层状氢氧化物稳定性测试后TEM图。
具体实施方式
[0023]下面通过具体实施方式结合附图对本专利技术作进一步详细说明。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。
[0024]另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。
[0025]本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。
[0026]本文中，如无特别说明，“室温”是指23℃
±
2℃。
[0027]本文中，术语“溶剂蒸汽辅助”是指借助高温催促溶剂形成蒸汽，同时增加反应原料的进一步成核，提高镍铁层状氢氧化物形成的效率。
[0028]本文中，术语“可控密闭循环反应体系”是指在一个体积固定的密闭体系中，支撑体与下层溶剂无直接接触，且高温溶剂蒸汽不参与整体化学反应，仅用于打破已经进行的晶态闭环。
[0029]在一实施例中，本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种利用甲醇等有机溶剂蒸汽辅助技术在可控密闭循环反应体系中制备晶态
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非晶态镍铁层状氢氧化物催化剂及其方法。
[0030]根据第一方面，在一实施例中，提供一种晶态
‑
非晶态纳米片电催化剂的制备方法，包括：
[0031]将吸附有前驱体的导电支撑体置于有机溶剂蒸汽中，反应得到所述晶态
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非晶态纳米片电催化剂，晶态
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非晶态纳米片电催化剂亦称晶态
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶态
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非晶态纳米片电催化剂的制备方法，包括：将吸附有前驱体的导电支撑体置于有机溶剂蒸汽中，反应得到所述晶态
‑
非晶态纳米片电催化剂。2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、N,N
‑
二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺中的至少一种。3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体包含镍源、铁源中的至少一种；或，所述前驱体包含镍源，不包含铁源。4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述前驱体包含镍源、铁源时，所述镍源中的镍元素与所述铁源中的铁元素的摩尔比为1：2至20：1；优选地，所述镍源包括硝酸镍、氯化镍、硫酸镍或其水合物中的至少一种；优选地，所述铁源包括硝酸铁、氯化铁或其水合物中的至少一种。5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂蒸汽的温度为60～250℃，优选为100～250℃，更优选为150～180℃；优选地，反应时间≥0.5h，优选为0.5～24h；优选地，所述导电支撑体包括泡沫镍、泡沫铁、泡沫镍铁、泡沫铜中的任意一种。6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述吸附有前驱体的导电支撑体的制备方法包括：将所述导电支撑体浸入溶液中，获得所述吸附有前驱体的导电支撑体，所述溶液含有镍源、铁源中的至少一种；优选地，所述溶液中含有有机溶剂；优选地，所述有机溶剂包括甲醇、乙醇、乙二醇、丙三醇、N,N
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二甲基甲酰胺、N,N
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二甲基乙酰胺中的至少一种。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世和，洪梅，高金强，
申请(专利权)人：北京大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：