[发明专利]一种富Ni3+

说明书

本发明公开了一种富Ni³⁺的钴酸镍修饰碳球电极催化剂，其制备方法包括以下步骤：将葡萄糖、油酸钠和聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)加入去离子水中，搅拌后进行水热反应，通过离心、洗涤烘干后，将产物在氮气保护气氛下热处理，可获得碳球；将六水合氯化钴和氯化镍混合到含有氨水的乙醇溶液，加入碳球混合并分散得前驱体混合溶液，对其进行20小时；本发明中的电极催化剂为富Ni³⁺的钴酸镍修饰碳球，具备优良的氧析出催化性能；该制备方法简单，产物催化活性高，易于推广。

技术领域

本发明属于新能源和新材料应用技术领域，具体涉及一种富Ni³⁺的钴酸镍修饰碳球电极催化剂的制备方法与应用。

背景技术

在碱性条件下，尖晶石型的钴酸镍催化剂能展现出降低OER过电势的活性。然而因自身半导体属性，纯相的钴酸镍在导电性方面表现很差，在实际的应用生产中会造成大量的能源损耗，因此可以采用碳材料作为基底，搭载具有钴酸镍做成复合材料提升其性能。但即便如此，传统的钴酸镍复合材料催化剂的本征活性还是有待提升。通过调节金属活性中心的价态和配位环境，可以实现调节和增强钴酸镍复合材料对催化析氧反应的本征活性。

发明内容

针对现有技术中存在的一些不足，本发明提供一种富Ni³⁺的钴酸镍修饰碳球析氧反应电极催化剂的制备方法。包括以下步骤：

(1)称1g葡萄糖，50mg油酸钠，100mg聚环氧乙烷三嵌段共聚物(P123)溶解于80mL去离子水中，转移到100mL水热反应釜中，在160℃烘箱中进一步反应24小时。冷却到常温离心、洗涤烘干后，在保护气氛下热处理，以5～10℃/min的升温速率升至800℃，保温1小时后得碳球；

(2)称50mg步骤(1)碳球，将六水合氯化钴用量为0.05～2mmol，氯化镍为0.025～1mmol分散于含有0.8mL氨水的70mL无水乙醇，并保持六水合氯化钴与氯化镍的摩尔比为2：1；超声30min进行分散混合后在140℃烘箱中反应20小时，待到常温，在50℃烘箱干燥4小时后收集样品；

(3)将步骤(2)所收集样品置于管式炉中，通入高纯氩气(99.999％，气流速度为120mL h-1)作为等离子体气氛，抽真空降低压力到100Pa，开启等离子体处理(射频源为13.56MHz，处理功率250W)，等离子体处理反应时间为1～10分钟，即可得富Ni³⁺的钴酸镍修饰碳球电极催化剂。

优选地，步骤(1)中所述热处理过程选择氮气作为保护气体，升温速率为8℃/min；

优选地，步骤(2)中所用六水合氯化钴为0.5mmol，氯化镍为0.25mmol；

优选地，步骤(3)中等离子体处理反应时间为5分钟；

作为本发明的另一个目的，本发明提供富Ni³⁺的钴酸镍修饰碳球电极催化剂可用在电化学析氧反应中。

本发明的有益效果是：

1.本发明使用碳球材料为载体，与高本征活性的富Ni³⁺的钴酸镍尖晶石材料耦合并构筑异质界面，使得材料具备高效的催化析氧反应性质。相比于贵金属，富Ni³⁺的钴酸镍修饰碳球催化剂在持有性能优良的同时成本更低。

2.经过等离子处理后，部分原本处于钴酸镍尖晶石结构四面体位的二价镍转化为更高价的Ni³⁺，在析氧反应的时候更容易形成OOH*中间体；同时表面形成氧空位能增加金属离子活性位点的亲电性，促进去质子化过程，进一步提升电化学析氧反应催化活性。

3.本发明所得富Ni³⁺的钴酸镍修饰碳球经历1000次循环稳定性测试仍保持高催化活性。

附图说明