【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及碱性条件下电解水的材料，尤其涉及一种掺杂的氧化镍基材料及制备方法。
技术介绍
1、为应对日益严重的能源短缺和环境污染，人们付出了巨大的努力开发各种生态友好的能源存储/转换系统，例如可循环利用的电解水、可持续发展二氧化碳还原反应和可充电金属空气电池。然而，这些体系的阳极析氧反应(oer)涉及复杂且缓慢的多电子反应过程(4oh-＝o2+2h2o+4e-)，影响了整个电解水体系的反应活性。目前，贵金属基化合物，例如金红石型的iro2和ruo2，被认为是性能最优的oer电催化剂之一。尽管如此，储备稀缺和价格高昂严重阻碍了它们的大规模工业应用。因此，开发活性高、稳定性强的经济高效的oer催化剂是非常必要的。非贵金属过渡金属氧化物，特别是镍、钴、铁和铜的氧化物，储量丰富、耐腐蚀性强是一类重要的oer催化剂。其中，氧化镍具有无害、成本低、抗腐蚀性强和催化活性高等优点被认为是有潜力的iro2和ruo2催化剂的替代品。然而氧化镍在电解水过程中，活性位点ni不稳定导致催化活性较低，引入掺杂原子有利于稳定活性位点。(z.w.gao,j.y.liu,x.m.chen,x.l.zheng,j.mao,h.liu,t.ma,l.li,w.c.wang,x.w.du,adv.mater.31(2019)1804769；r.ji,f.zhang,y.liu,y.pan,z.li,z.liu,s.lu,y.wang,h.dong,p.liu,x.wu,h.jin,nanoscale 11(2019)22734–22742；l.peng,j.shen
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的技术问题，本专利技术的首要目的是提供一种掺杂的氧化镍基材料，掺杂的异原子可以改变氧化镍的电子和结构性质，进而稳定活性位点并提升材料的电导性，使得掺杂的氧化镍基材料可以高效地在碱性条件下电催化水生成氧气。
2、为了达到上述目的，本专利技术一方面提供了一种掺杂的氧化镍基材料制备方法，包括如下步骤：
3、将硝酸镍和硝酸铁分别作为镍源和铁源加入到乙醇溶液中，充分搅拌后迅速加入乙醇和油胺的混合溶液，再次充分搅拌后，将溶液转移至反应釜中加热反应，随后离心分析并冲洗，然后进行煅烧得到前驱体粉末，将粉末与硫脲放置于管式炉中加热，最后得到掺杂的氧化镍基材料。
4、进一步地，上述步骤中，镍源和铁源的质量比例为23:1至25:1。
5、进一步地，上述步骤中，乙醇和油胺在混合溶液的体积比为4:1至6:1。
6、进一步地，上述步骤中，反应釜中的加热温度为170至180℃。
7、进一步地，上述步骤中，煅烧温度为350至400℃。
8、进一步地，上述步骤中，前驱体粉末与硫脲的质量比例为1:10至1:8。
9、进一步地，上述步骤中，管式炉中的温度为350至400℃。
10、本专利技术还提供一种掺杂的氧化镍基材料的应用，其特征在于，应用于碱性电解水的阳极材料中，步骤如下：
11、将5毫克掺杂的氧化镍基材料与1000微升去离子水、200微升乙醇和5微升nafion的混合溶液超声处理，然后将得到的混合物200微升涂覆到玻碳电极上作为阳极材料。
12、进一步地，所述混合溶液超声40分钟处理。
13、与现有技术相比，本专利技术展现出以下几项显著且有益的效果，这些效果共同凸显了本专利技术在相关领域内的技术突破与显著进步。
14、(1)在合成方法上，本专利技术实现了较好地优化。传统合成技术往往要求严苛的反应条件，如高温或特定的贵金属催化剂，这不仅增加了生产成本，还可能导致环境污染和安全隐患。而本专利技术的合成方法则巧妙地避开了这些弊端，其反应条件温和，操作简便，无需复杂的设备和贵金属，大大降低了生产难度和成本。这种创新不仅提高了生产效率，还使得整个生产过程更加环保、安全，符合当前绿色化学的发展趋势。
15、(2)从材料性能的角度来看，本专利技术通过精心设计的掺杂策略，将金属铁和非金属硫原子巧妙地引入氧化镍体系中。这一创新举措深刻改变了氧化镍的电子结构和物理性质，特别是显著提升了活性位点的稳定性和体系的电导率。电导率的提高意味着材料在电流传输过程中能够减少能量损失，提高能量转换效率，这对于电化学应用而言至关重要。因此，本专利技术的氧化镍基材料在电化学储能、转换以及催化等领域具有更广阔的应用前景。
16、(3)本专利技术所制备的掺杂氧化镍基材料在碱性条件下展现出卓越的电解水性能。传统的电解水材料往往受限于酸碱度范围，而本专利技术材料则能在碱性环境中高效稳定地工作，这一特性使其在碱性电解水制氢领域具有独特的优势。作为阳极材料，它能够有效促进水分子的氧化反应，提高电解效率，同时保持良好的稳定性和耐用性，降低了长期运行过程中的维护成本。
17、(4)本专利技术的合成方法不仅简化了生产流程，降低了成本，还通过掺杂策略显著提升了材料的电导率和电解水性能，从而在电化学领域实现了显著的技术进步。这些优势使得本专利技术在碱性电解水制氢、电化学储能以及其他相关应用中展现出巨大的潜力和价值，为推动清洁能源技术的发展和应用做出了重要贡献。
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1.一种掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，镍源和铁源的质量比例为23:1至25:1。
3.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，乙醇和油胺在混合溶液的体积比为4:1至6:1。
4.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，反应釜中的加热温度为170至180℃。
5.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，煅烧温度为350至400℃。
6.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，前驱体粉末与硫脲的质量比例为1:10至1:8。
7.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，管式炉中的温度为350至400℃。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述方法制备的掺杂的氧化镍基材料。
9.一种根据权利要求8所述掺杂的氧化镍基材料的应用，其特征在于，应用于碱性电解水的阳极材料中，步骤如下：
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...【技术特征摘要】
1.一种掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，镍源和铁源的质量比例为23:1至25:1。
3.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，乙醇和油胺在混合溶液的体积比为4:1至6:1。
4.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，反应釜中的加热温度为170至180℃。
5.根据权利要求1所述的掺杂的氧化镍基材料的制备方法，其特征在于，煅烧温度为350至400℃。
【专利技术属性】
技术研发人员：李彦乐，李白海，
申请(专利权)人：电子科技大学长三角研究院湖州，
类型：发明
国别省市：
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