一种铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂及其制备方法和应用，所述铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂包括：基底和沉积在所述基底上的铱掺杂氧化镍铁材料；其中，所述基底为聚六苯并蔻网络材料，所述铱掺杂氧化镍铁材料具有纤维棒状结构

【技术实现步骤摘要】
一种铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于催化剂制备及电催化
，具体地，本专利技术涉及一种铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]随着社会经济飞速发展，人们的生产生活需要消耗大量的能源
。
传统的化石燃料消耗导致了严重的环境污染和能源危机，并引发了一系列与之相关的社会问题
。
氢能由于其来源广泛
、
可再生
、
能量密度大
、
清洁无污染，转换效率高等优点备受研究者们的关注
。
目前，电解水制氢作为一种清洁和可再生的能源生产技术，在
21
世纪环境污染与能源危机问题的解决上备受关注
。
[0003]电解水的反应分为两部分：在阳极发生的析氧反应
(OER)
和在阴极发生的析氢反应
(HER)。
基于能斯特方程的理论计算表明，
OER
的热力学平衡势仅为
1.23V
，然而由于
OER
涉及四个连续的电子转移过程和氧
‑
氧键的形成，属于动力学慢反应，因此需要高的过电位来克服反应的活化能垒
。
在已知的
OER
催化剂中，贵金属
Ir
基和
Ru
基电催化剂表现出很高的催化活性，然而贵金属的稀缺性导致该类催化剂成本高昂，且该类催化剂性能稳定性较差，进一步限制了其大规模应用
。
除贵金属催化剂外，储量丰富的第一排过渡金属氧化物
/
氢氧化物也得到了大量的关注
。
然而，由于大多数过渡金属氧化物是半导体或绝缘体，它们的导电效率非常低，需要施加额外的过电位来跨越能垒，这会严重影响
OER
反应的效率
。
因此，开发价格低廉
、
储量丰富
、
性能稳定的
OER
催化剂具有重要意义
。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一
。
为此，本专利技术实施例提出了一种铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂及其制备方法和应用
。
[0005]第一方面，本专利技术实施例提出了一种铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂，所述铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂包括：基底和沉积在所述基底上的铱掺杂氧化镍铁材料；其中，所述基底为聚六苯并蔻网络材料，所述铱掺杂氧化镍铁材料具有纤维棒状结构
。
[0006]本专利技术实施例通过以聚六苯并蔻网络材料为沉积基底，负载铱掺杂氧化镍铁材料，可以获得具有纤维棒状结构的铱掺杂氧化镍铁材料，使得所得最终产物具有较高的比表面积，从而可以在进行析氧反应时能够暴露更多的活性位点，表现出优异的催化性能，同时可以显著降低贵金属的使用量，降低生产成本
。
[0007]在一些实施例中，所述聚六苯并蔻网络材料具有六边形多孔结构
。
[0008]在一些实施例中，所述聚六苯并蔻网络材料由包括如下步骤的方法制备得到：
[0009]S1
，将六
(4
‑
溴苯基
)
苯干燥后与
2,2
‑
联吡啶溶于脱水
N,N
‑
二甲基甲酰胺中，再加入双
(1,5
‑
环辛二烯
)
镍
(0)
和
1,5
‑
环辛二烯，加热反应；反应结束后，再向混合液中加入浓盐酸，过滤得到残渣，依次用甲醇
、
四氢呋喃和水对残渣进行洗涤，真空干燥后得到中间体；
[0010]S2
，向所述中间体中加入二氯甲烷和氯化铁溶液，搅拌反应后，加入甲醇进行过
滤，然后再依次采用甲醇和四氢呋喃对滤渣进行洗涤
、
干燥；再将滤渣与硝酸混合进行超声处理，之后水洗直至混合液呈中性；
[0011]S3
，对水洗后的混合液进行过滤
、
减压干燥，获得所述聚六苯并蔻网络材料
。
[0012]在一些实施例中，所述步骤
S1
中，所述加热反应是在黑暗环境中进行，所述加热反应的温度为
80
～
90℃
，反应时间为
96
～
100h。
[0013]在一些实施例中，所述步骤
S2
中，所述搅拌反应的温度为室温，搅拌反应的时间为
20
～
24h
；所述超声处理的时间为2～
3h。
[0014]第二方面，本专利技术实施例还提出了上述铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂的制备方法，包括如下步骤：将镍源
、
铁源
、
铱源与聚六苯并蔻网络材料搅拌混合后，进行煅烧处理，得到所述铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂
。
[0015]本专利技术实施例通过采用物理气相沉积法，在聚六苯并蔻网络材料的孔隙中沉积得到纤维棒状结构的铱掺杂氧化镍铁材料，所得产物在析氧反应中表现出较好的催化活性，且该制备方法工艺简单，易操作，且无需复杂的工艺设备，制造成本较低
。
[0016]在一些实施例中，所述煅烧处理的温度为
260
～
340℃
，煅烧时间为5～
7h。
[0017]在一些实施例中，所述镍源
、
所述铁源
、
所述铱源与所述聚六苯并蔻网络材料的质量比为
1:1:1:(1.5
～
2)。
[0018]在一些实施例中，所述镍源包括双
(1,5
‑
环辛二烯
)
镍
(0)、
氯化镍
、
六水高氯酸镍
、
环烷酸镍中的至少一种；
[0019]和
/
或，所述铁源包括二茂铁
、
二茂铁基乙酸
、
乙酰丙酮铁
、
乙酸铁中的至少一种；
[0020]和
/
或，所述铱源包括
(1,5
‑
环辛二烯
)
氯化铱
(I)
二聚体
、
羰基铱
、
三
(2
‑
苯基
‑3‑
甲基吡啶
)
铱
、1,5
‑
环辛二烯
(
乙酰丙酮
)
铱
(I)
中的至少一种
。
[0021]第三方面，本专利技术实施例还提出了上述铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂作为析氧反应催化剂在碱性环境中电催化水电解中的应用
。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂，其特征在于，所述铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂包括：基底和沉积在所述基底上的铱掺杂氧化镍铁材料；其中，所述基底为聚六苯并蔻网络材料，所述铱掺杂氧化镍铁材料具有纤维棒状结构
。2.
根据权利要求1所述的铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂，其特征在于，所述聚六苯并蔻网络材料具有六边形多孔结构
。3.
根据权利要求2所述的铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂，其特征在于，所述聚六苯并蔻网络材料由包括如下步骤的方法制备得到：
S1
，将六
(4
‑
溴苯基
)
苯干燥后与
2,2
‑
联吡啶溶于脱水
N,N
‑
二甲基甲酰胺中，再加入双
(1,5
‑
环辛二烯
)
镍
(0)
和
1,5
‑
环辛二烯，加热反应；反应结束后，再向混合液中加入浓盐酸，过滤得到残渣，依次用甲醇
、
四氢呋喃和水对残渣进行洗涤，真空干燥后得到中间体；
S2
，向所述中间体中加入二氯甲烷和氯化铁溶液，搅拌反应后，加入甲醇进行过滤，然后再依次采用甲醇和四氢呋喃对滤渣进行洗涤
、
干燥；再将滤渣与硝酸混合进行超声处理，之后水洗直至混合液呈中性；
S3
，对水洗后的混合液进行过滤
、
减压干燥，获得所述聚六苯并蔻网络材料
。4.
根据权利要求3所述的铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂，其特征在于，所述步骤
S1
中，所述加热反应是在黑暗环境中进行，所述加热反应的温度为
80
～
90℃
，反应时间为
96
～
100h。5.
根据权利要求3所述的铱掺杂氧化镍铁基复合催化剂，其特征在于，所述步骤
S2
中，所述搅拌反应的温度为室温，搅拌反应的时间为
20
～
24h
；所述超声处...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宇宙，王腾，朱怡帆，刘春香，蒋云波，张晗璐，周子寒，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：