[发明专利]一种超小镍铁纳米团簇的制备方法及超小镍铁纳米团簇

说明书

本发明公开了一种超小镍铁纳米团簇的制备方法和相关纳米团簇，将导电炭黑、镍盐、铁盐、柠檬酸钠在水中搅拌后去除水分得到干凝胶，将干凝胶与三聚氰胺在惰性气氛中共热至900℃左右即得到最终产品。该方法简单便捷，环境友好，所制备的镍铁纳米团簇细小均匀（约2nm），对OER催化性能好，稳定性高。

技术领域

本发明涉及双金属纳米材料领域，具体涉及一种超小镍铁纳米团簇的制备方法及由该方法制备的超小镍铁纳米团簇。

背景技术

化石燃料的过度消耗和日益严重的环境问题，促使人们对可持续能源储存和转换系统进行了大量研究。电催化水裂解被认为是最有前途的清洁能源载体之一，但由于水裂解的半反应——析氧反应(OER)表现出的缓慢动力学，使其成为水裂解技术的瓶颈。目前，主要通过探索HOO*和HO*中间产物的比例关系来更好地提高OER活性。

迄今为止，贵金属催化剂常被用作OER的基准电催化剂。但贵金属在地球上储量稀少、价格昂贵，从而阻碍了其大规模的应用。因此，开发具有高催化活性、高稳定性、低成本的催化材料成为当前该领域的重要挑战。过渡金属(Ni,Co,Fe,Mn等)基纳米材料因其成本低、丰度高、稳定性好等优点，有望成为取代OER贵金属的催化剂。其中，基于NiFe的化合物引起了人们的极大关注。尽管NiFe双金属电催化剂取得了很大的进展，但在OER方面仍然面临着导电性差和活性不佳的问题。因此，优化NiFe双金属电催化剂以提高OER性能是至关重要的一步。发明专利申请CN 107435156 A公开了一种电解水析氧催化剂的制备方法，将硫脲、镍盐、铁盐、葡萄糖溶于去离子水中，搅拌下加入强碱，然后经过加热、煅烧处理等步骤得到Fe₅Ni₄S₈晶体，可作为电解水析氧反应催化剂使用，但该方法用到强碱，环境友好性较差。发明专利申请CN 108704649 A公开了一种非贵金属基电解水析氧反应电催化剂及制备方法，通过采用不锈钢纳米粉、镍盐、尿素、氟化铵等制备了在镍铁层状双氢氧化物上负载羟基氧化铁的纳米团簇。该催化剂的制备方法一般需要长达十几个小时的加热，耗时较长，另外从TEM图谱上看，所制备的纳米团簇的粒径相对较大。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种超小镍铁纳米团簇的制备方法，该方法简单便捷，环境友好，所制备的镍铁纳米团簇细小均匀（约2nm），对OER催化性能好，稳定性高。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种超小镍铁纳米团簇的制备方法，包括如下步骤：

（a）将导电炭黑、镍盐、铁盐和柠檬酸钠混合在水中，搅拌后旋蒸去除水分得到干凝胶，所述导电炭黑与镍盐、铁盐的摩尔比为28~38：1：0.9~1.1；

（b）将所述干凝胶与三聚氰胺混合，在惰性气氛中均匀升温至880~950℃并保温1~3小时，即得到超小镍铁纳米团簇，所述干凝胶与三聚氰胺的质量比为1：3~5。

优选的，所述导电炭黑选自科琴黑、乙炔黑或卡博特炭黑；所述镍盐选自(Ni(NO₃)₂·6H₂O)、Ni(NO₃)₂、NiSO₄或NiCl₂；所述铁盐选自FeSO₄·7H₂O 、Fe(NO₃)₃·9H₂O、Fe₂(SO₄)₃、FeCl₃、Fe(NO₃)₂、FeSO₄或FeCl₂。

优选的，所述导电炭黑与镍盐、铁盐的摩尔比为33：1：1；所述柠檬酸钠与镍盐、铁盐的摩尔比为5：1：1；所述干凝胶与三聚氰胺的质量比为1：4；所述惰性气氛为氩气或氮气。