一种钴镍合金/多孔碳析氧催化剂及制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电催化剂技术领域，涉及一种钴镍合金/多孔碳析氧催化剂及制备方法和应用。包括多孔碳和多孔碳上负载的钴镍合金，多孔碳具有多孔三维网络结构，钴镍合金的直径为纳米级别。制备方法为蔗糖和钴金属盐、镍金属盐混合，然后将混合料在管式炉中在惰性气氛下进行预烧，形成多孔网络结构；预烧之后在管式炉中在惰性气氛下进行高温碳化处理得到钴镍合金/多孔碳析氧催化剂。得到的电催化剂具有导电性好，催化活性位点数量多的优点。催化活性位点数量多的优点。催化活性位点数量多的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钴镍合金/多孔碳析氧催化剂及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电催化剂
，具体涉及一种钴镍合金/多孔碳析氧催化剂及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢能由于其很高的能量密度(140kJ/kg)以及氧化过程无碳排放，因此被誉为一种理想的能源存储形式，受到了世界各国的重视。目前，氢气主要通过化石能源重整或者电解水方法制备，电解水制氢过程涉及析氢反应(HER)和析氧反应(OER)两个半反应过程。其中OER过程涉及4个电子转移以及多个反应中间体的吸脱附过程，其缓慢的动力学制约着整个电解水效率的提升。因此OER过程需要借助于电催化剂才能使其在更小的过电位下顺利进行，进而提高能源存储效率和转换速率。
[0003]目前商用的OER电催化剂主要为贵金属钌(Ru)、铱(Ir)及相应的氧化物。但一方面这些贵金属的地壳丰度较低、开发冶炼困难、价格昂贵，这些因素严重限制了贵金属OER电催化剂的广泛应用。目前非贵金属催化剂普遍存在活性位少、导电性能差以及反应物和产物的传质过程缓慢等问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供一种钴镍合金/多孔碳析氧催化剂及制备方法和应用。本专利技术提供了一种非贵金属电催化剂，所述非贵金属电催化剂提高了催化活性位点的数量、加快了质量传输和电子传递过程。
[0005]为了解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：
[0006]第一方面，一种钴镍合金/多孔碳析氧催化剂，包括多孔碳和多孔碳上负载的钴镍合金，多孔碳具有多孔三维网络结构，钴镍合金的直径为纳米级别。
[0007]纳米级合金生长在多孔碳的表面。本专利技术中的镍钴合金是金属单质的形式，即NixCoy的形式。合金颗粒主要是在表面，但颗粒和多孔碳直接的结合非常紧密。
[0008]本专利技术涉及到一种多孔碳负载钴镍合金的电催化剂，多孔碳作为载体，其具有多孔三维网络的结构，钴镍合金作为活性物质，多孔碳具有较好的导电性，其结构特点使其具有较多的催化活性位点数量，提高了催化析氧反应性能，提高能源储存效率和转换效率，有利于电催化析氢过程能够在更小的电位下顺利进行。
[0009]在本专利技术的一些实施方式中，钴镍合金的直径为10nm
‑
20nm。钴镍合金呈纳米粒径的大小，具有较高的催化活性。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，多孔碳具有介孔到大孔的多级孔结构。多孔碳具有介孔、大孔的多级孔径结构，有利于提高导电性和催化性能。
[0011]第二方面，上述钴镍合金/多孔碳析氧催化剂的制备方法：所述方法为：
[0012]蔗糖和钴金属盐、镍金属盐混合，然后将混合料在管式炉中在惰性气氛下进行预烧，形成多孔网络结构；
[0013]预烧之后在管式炉中在惰性气氛下进行高温碳化处理得到钴镍合金/多孔碳析氧催化剂。
[0014]本专利技术中选择蔗糖作为多孔碳的前驱体，因为蔗糖和金属盐混合后在低温快烧的过程中，蔗糖中的H和O元素很快就去除，同时蔗糖在金属离子的催化作用下体积会急剧膨胀形成多孔碳结构。
[0015]混合物先经过预烧再经过高温碳化的过程，预烧过程是快速升温，目的是使蔗糖体积迅速膨胀形成多孔结构；高温慢烧的目的是使剩余多孔碳结构充分结晶，提高结晶性进而提高材料的导电性，最终提高析氧反应性能。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，钴金属盐与镍金属盐的摩尔比为任意比例，蔗糖与钴金属盐和镍金属盐的混合金属盐的摩尔比为(20～35):1。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，预烧处理的温度为300～500℃，时间为1
‑
3h。进一步，升温速率为5～20℃/min。进一步，预烧处理的温度为300～350℃。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，高温碳化处理的温度为800～1100℃，时间为1
‑
3h。进一步，升温速率为2～10℃/min。进一步，高温碳化处理的温度900～1100℃。
[0019]高温碳化处理的升温速率低于预烧处理的升温速率，高温碳化处理是高温慢烧的过程。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，钴金属盐为四水合乙酸钴，镍金属盐为四水合乙酸镍。
[0021]第三方面，上述钴镍合金/多孔碳作为析氧催化剂在电解水制氢领域中的应用。
[0022]本专利技术一个或多个技术方案具有以下有益效果：
[0023]本专利技术提出的钴镍合金/多孔碳析氧催化剂，包括多孔碳和多孔碳上负载的钴镍合金，是一种非贵金属催化剂，解决了贵金属的储量低，价格昂贵的问题；解决了非贵金属催化剂存在活性位少、导电性能差以及反应物和产物的传质过程缓慢等的问题。
[0024]本专利技术提出的钴镍合金/多孔碳析氧催化剂制备方法，利用蔗糖作为制备多孔碳的前载体，通过先预烧再高温碳化的方法，预烧的过程形成多孔三维网络结构，高温碳化过程实现多孔碳的石墨化以及钴镍合金的最终形成，最后形成钴镍合金/多孔碳析氧催化剂。
附图说明
[0025]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0026]图1为实施例1的钴镍合金/多孔碳析氧催化剂的扫描图。
具体实施方式
[0027]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0028]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。下面结合实施例对本专利技术进一步说明
[0029]实施例1
[0030]首先将蔗糖和金属盐(四水合乙酸钴和四水合乙酸镍)按照摩尔比20:1的比例进行研磨预混5min，其中，四水合乙酸钴和四水合乙酸镍的摩尔比可为任意比例；然后再将预混物料用球磨机进行最终混合，混料时间为1～3h。随后，将混合好的物料置于管式炉中在Ar气气氛下进行低温快速预烧处理(10℃/min，300℃，1h)。最后，将预烧后的样品进行研磨后再在管式炉中Ar气氛下进行高温碳化处理(2℃/min，900℃，3h)后即可得到最终的钴镍合金/多孔碳析氧催化剂。
[0031]图1中虚线圆圈表示的是负载的纳米钴镍合金，通过图1可以看到钴镍合金/多孔碳析氧催化剂具有多孔三维网络结构。
[0032]实施例2
[0033]首先将蔗糖和金属盐(四水合乙酸钴和四水合乙酸镍)按照摩尔比30:1的比例进行研磨预混5min，其中，四水合乙酸钴和四水合乙酸镍的摩尔比可为任意比例；然后再将预混物料用球磨机进行最终混合，混料时间为1h。随后，将混合好的物料置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴镍合金/多孔碳析氧催化剂，其特征在于：包括多孔碳和多孔碳上负载的钴镍合金，多孔碳具有多孔三维网络结构，钴镍合金的直径为纳米级别。2.如权利要求1所述的钴镍合金/多孔碳析氧催化剂，其特征在于：钴镍合金的直径为10nm
‑
20nm。3.如权利要求1所述的钴镍合金/多孔碳析氧催化剂，其特征在于：多孔碳具有介孔到大孔的多级孔结构。4.权利要求1
‑
3任一所述的钴镍合金/多孔碳析氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法为：蔗糖和钴金属盐、镍金属盐混合，然后将混合料在管式炉中在惰性气氛下进行预烧，形成多孔网络结构；预烧之后在管式炉中在惰性气氛下进行高温碳化处理得到钴镍合金/多孔碳析氧催化剂。5.如权利要求4所述的钴镍合金/多孔碳析氧催化剂的制备方法，其特征在于：钴金属盐与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文，李亚昭，王欢，李昭进，王波，
申请(专利权)人：山东昭文新能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：