一种Ni-NiO/Fe(OH)3/CC双功能催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于催化剂制备技术领域，具体涉及一种Ni

【技术实现步骤摘要】
一种Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC双功能催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备
，具体涉及一种Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC双功能催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]结合现状来看，当代能源绝大多数仍来自化石然燃料，然而不可再生化石燃料的耗竭及其利用严重阻碍了人类社会的可持续发展。氢能凭借能量密度大、燃耗价值高、零碳排放等优势，已被普遍认为是未来可持续能源系统的潜在能源载体。现行的工业化制氢途径主要有化石能源、工业副产和电解水制氢。其中电解水制氢因采用的原料主要是H2O，技术简单、原料来源广泛、能耗低，可实现真正意义的可持续、无污染，因此，相比较而言，是目前最有前途的制氢技术。
[0003]目前商用的一些水分解催化剂主要是贵金属基材料(Pt/C和IrO2/RuO2)。然而由于它们本身的稀缺性、不稳定性和高成本极大地限制了其在催化水分解中的应用。因此，非贵金属催化剂受到了广大研究人员的青睐，寻找高性能的非贵金属催化剂也成为了研究热点。目前将金属以高分散形式与非贵金属氧化物进行联合制备具有异质结的复合催化剂或者直接利用不同的过渡金属氧化物形成异质结界面，以促进水在氧化物上的分解是一种常用的改性方法。该方法具有能够增加活性位点数目、有效促进水分解等优点。近年来虽然大量的非金属催化剂复合催化剂被研发出来，但很少能同时在析氢和析氧上有较高的催化活性，所以很少有催化剂能被有效地应用于催化全水解反应。因此，制备双功能非贵金属催化剂应用于全水解是一项有挑战的任务。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是针对现有技术存在的上述问题，公开了一种适用于全水解的双功能催化剂，该催化剂具有多种活性组分，且多种活性组分间存在协同作用，各组分紧密结合形成了独特的结构，从而暴露了更多的活性位点，提高了导电能力以及具有高强度的稳定性，具体技术方案如下：
[0005]在某一具体实施方案中，本专利技术提供了一种Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC双功能催化剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0006](1)将碳布浸泡在硝酸溶液(16mol/L)中去除杂质，随后将碳布依次放置在丙酮、乙醇以及去离子水中进行超声清洗，清洗完毕后烘干得到预处理后的碳布；
[0007](2)以步骤(1)中预处理后的碳布作为工作电极，碳棒电极作为对电极，Hg/HgO电极作为参比电极；连接好电路，放置在电解槽内采用电化学沉积法进行电沉积，电沉积完成后用去离子水反复冲洗，烘干得到Ni/NiO/CC电极；
[0008](3)将步骤(2)制备的Ni/NiO/CC电极浸没在Fe(NO3)3溶液中，滴加KOH溶液，静置反应后真空干燥处理得到Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂。
[0009]步骤(1)中所述的烘干的温度为60℃。
[0010]步骤(2)中所述电解槽内的电解液为20mmoL/L的Ni(CH3COOH)2。
[0011]步骤(2)中所述电化学沉积的条件为：沉积电位为
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3V～
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1.5V，沉积时间为15～30min；所述的电化学沉积为一次或多次进行沉积。
[0012]步骤(3)中所述Fe(NO3)3溶液的浓度为0.25～1.25mmoL/L。
[0013]步骤(3)中所述KOH溶液的浓度为1moL/L，所述Fe(NO3)3溶液与KOH溶液的体积比为3～5:1。
[0014]步骤(3)中所述静置反应的时间为4～6h。
[0015]步骤(3)中所述真空干燥的温度为50～70℃。
[0016]在某一具体实施方案中，本专利技术提供了如上所述制备方法所制备得到的Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂。
[0017]在某一具体实施方案中，本专利技术提供了如上所述Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂在全水解领域中的应用。
[0018]进一步地，所述的Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂可以进行析氧反应和/或析氢反应。
[0019]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0020]本专利技术使用碳布为基底，通过电沉积和化学沉淀相结合的方法，制备出具有颗粒间孔的聚合纳米颗粒组成的Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC。该催化剂具有多种活性组分，各组分紧密结合形成了独特网络结构，暴露了更多的活性位点，有利于电解液渗入电极，提高了导电能力以及具有高强度的稳定性。此外，通过不同金属之间的协同作用，能显著降低中间产物的吸附吉布斯自由能，从而提高催化剂材料的催化活性，使其表现出更低的过电位和更快的动力学，且具有良好的稳定性。具有较高的双功能电催化活性，可直接应用于全水解电催化剂。本专利技术的制备方法简单、原材料易得、成本低，容易实现产业化生产。
附图说明
[0021]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0022]图1是Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂的SEM图；
[0023]图2是Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂的XRD图；
[0024]图3是Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂的FT
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IR图；
[0025]图4是析氧反应的电化学性能图(LSV)；
[0026]图5是Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂的析氧反应稳定性测试图(it)；
[0027]图6是析氢反应的电化学性能图(LSV)；
[0028]图7是析氢反应的稳定性测试图(it)；
[0029]图8是全水解反应的电化学性能图(LSV)；
[0030]图9是全水解反应的稳定性测试图(it)。
具体实施方式
[0031]以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范
围。
[0032]实施例1
[0033](1)碳布的预处理：为了碳布更加亲水且有效的去除碳布表面的杂质成分，需要对碳布进行预处理，首先将碳布浸泡在HNO3溶液(16mol/L)中24h，随后将碳布依次放置在丙酮、乙醇以及去离子水中进行超声清洗，清洗完毕后放置于60℃的环境下进行烘干处理。
[0034](2)Ni/NiO/CC电极的制备：分别以步骤(1)中预处理后的碳布、碳棒电极和Hg/HgO电极分别作为工作电极、对电极和参比电极；连接好电路，放置电解液为20mmoL/LNi(CH3COOH)2的电解槽内，采用电化学沉积法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC双功能催化剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将碳布浸泡在硝酸溶液中去除杂质，随后将碳布依次放置在丙酮、乙醇以及去离子水中进行超声清洗，清洗完毕后烘干得到预处理后的碳布；(2)以步骤(1)中预处理后的碳布作为工作电极，碳棒电极作为对电极，Hg/HgO电极作为参比电极；连接好电路，放置在电解槽内采用电化学沉积法进行电沉积，电沉积完成后用去离子水反复冲洗，烘干得到Ni/NiO/CC电极；(3)将步骤(2)制备的Ni/NiO/CC电极浸没在Fe(NO3)3溶液中，滴加KOH溶液，静置反应后真空干燥处理得到Ni
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NiO/Fe(OH)3/CC催化剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述的烘干的温度为60℃。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述电解槽内的电解液为20mmoL/L的Ni(CH3COOH)2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述电化学沉积的条件为：...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，黄明慧，张金利，曾娟，亓继，张前刚，杨李洁，郭子翰，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：发明
国别省市：