[发明专利]一种泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片及其制备方法和应用在审

专利信息
申请号: 201910163497.1 申请日: 2019-03-05
公开(公告)号: CN109718809A 公开(公告)日: 2019-05-07
发明(设计)人: 刘又年;宋亚伟;邓留 申请(专利权)人: 中南大学
主分类号: B01J23/89 分类号: B01J23/89;C25B11/06;C25B1/04
代理公司: 长沙市融智专利事务所(普通合伙) 43114 代理人: 魏娟
地址: 410083 湖南*** 国省代码: 湖南;43
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摘要:
搜索关键词: 四氧化三钴纳米片 银掺杂 泡沫镍负载 制备方法和应用 原位生长 电催化 泡沫镍 制备 聚乙烯吡咯烷酮 电导率 泡沫镍表面 四氧化三钴 材料形貌 材料制备 析氧反应 过电势 可控 析氧 还原 掺杂 应用
【说明书】:

发明公开了一种泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片及其制备方法和应用。所述泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片,包括泡沫镍,以及原位生长于泡沫镍表面的银掺杂四氧化三钴纳米片。所述制备方法中,在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在的水溶液中,通过硼氢酸盐的还原,同步实现银在四氧化三钴纳米片上的掺杂,以及原位生长于泡沫镍上。本发明克服了现有技术在材料制备方法复杂、成本高且电催化析氧(以下称:OER)性能差等问题,制备方法简单、经济高效,所得银掺杂的四氧化三钴材料形貌可控、同时具有较高的电导率、长期的稳定性、较低的过电势,具有优异的OER性能,非常适合应用于电催化析氧反应中。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域,具体涉及一种泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

析氧反应(OER)作为电解水中重要的半反应,作为诸多能源相关关键过程之一,是解决能源危机的关键部分,已经得到了广泛的关注。但是在目前的研究中仍然存在一系列难以解决的问题,其中最困难的是解决其反应动力学,由于OER本身具有较高的反应能垒、在反应中涉及4电子过程,决定了其较大的反应过电位、较慢的反应速率及较高的经济成本,因此OER是水分解过程中的限速反应,开发用于OER的高效电催化剂无疑将促进电解水的工业化。

目前,基于Ir和Ru的氧化物纳米粒子得到了应用,但是它们高昂的价格和较低的循环稳定性使其不能满足日益增长的能源、环境需求。因此,探索可替代RuO2、IrO2的廉价、高效且长期稳定性的OER催化剂迫在眉睫。近年来,原料来源丰富、廉价、制备过程简单的过渡金属催化剂是热门的研究对象,过渡金属氢氧化物、氧化物、硫化物、氮化物、磷酸盐等被作为替代Ir和Ru的很有前景的电催化剂。其中,Co基氧化物电催化剂在碱性介质中的理论上具有高OER活性和高稳定性受到了越来越多的关注。

然而现有技术中所制备的Co氧化物电催化剂,在性能上存在电导率不足,催化效率低,在制备工艺上更是存在合成过程条件苛刻、操作可行性差、能耗高等问题。

发明内容

针对现有技术的不足,本发明的第一个目的在于提供一种形貌可控、具有高电导率、优异催化性能的泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片(Ag-Co3O4/NF)。

本发明的第二个目的在于提供一种泡沫镍负载多孔银掺杂钴氧化物纳米片的制备方法,该制备方法简单可控,成本低廉。

本发明的第三个目的在于提供上述泡沫镍负载多孔银掺杂钴氧化物纳米片的应用。

为了实现上述目的,本发明提供如下技术方案:

本发明一种泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片,包括泡沫镍(NF),以及原位生长于泡沫镍表面的银掺杂四氧化三钴纳米片(Ag-Co3O4)。

本发明提供了泡沫镍负载银掺杂四氧化三钴纳米片,同步实现银在四氧化三钴纳米片上的掺杂,以及原位生长于泡沫镍上,通过所述的原位成长复合,可明显提升三者之前的协同作用,提升材料性能。同时在应用过程中,由于Ag-Co3O4纳米片是通过原位生长在泡沫镍基底上,能使泡沫镍基底和纳米片之间产生较强的粘附力,有效防止纳米片应用过程中,在电催化反应中的脱落问题。

优选的方案,所述银掺杂四氧化三钴纳米片为多孔二维片状结构,其均匀分布在泡沫镍上;孔径为0.5-1.5nm,直径为100-200nm;厚度为1-2nm。

优选的方案,所述银掺杂四氧化三钴纳米片中,Co、Ag、O元素分布均匀,按摩尔比计,Ag:Co=1~2:5~50。

优选的方案,所述泡沫镍的厚度为1.5mm-2mm。进一步优选为1.7mm。

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