[发明专利]一种氢氧化镍纳米颗粒/石墨烯复合氧析出催化剂的制备方法及其产品和应用

说明书

本发明公开了一种氢氧化镍纳米颗粒/石墨烯复合氧析出催化剂的制备方法及其产品和应用，属于催化剂制备技术领域。本发明催化剂的制备过程包括：将Ni(NO₃)₂·6H₂O溶于水和三甘醇中，加入石墨烯得到溶液A；将尿素、TBAH溶液和NaHCO₃溶于水中得到溶液B；把溶液A和B混合并进行水热反应，得到氢氧化镍纳米带/石墨烯，将其溶于水中超声，再与冷冻的弱酸水溶液混合，得到氢氧化镍纳米颗粒/石墨烯复合氧析出催化剂。本发明将氢氧化镍纳米带生长在石墨烯上，提高了材料的导电性，通过采用低温酸处理，生成超小尺寸(＜5nm)的氢氧化镍颗粒，加大了活性位点的暴露，实现了该材料OER电催化活性的有效提升。

技术领域

本发明涉及催化剂制备技术领域，特别是涉及一种氢氧化镍纳米颗粒/ 石墨烯复合氧析出催化剂的制备方法及其产品和应用。

背景技术

氧析出反应(OER)在可再生能源技术如电解水、金属-空气电池等领域发挥着重要作用。但是OER的反应动力学过于缓慢，需要高效的OER 催化剂来加速反应动力学、降低过高的反应过电位。传统的Ir/Ru基催化剂反应活性高，但是贵金属资源的匮乏和高昂的价格，限制了其大规模应用。近年来，3d过渡金属(如Ni、Co、Fe和Mn)及其化合物作为新型经济高效的水氧化电催化剂引起了广泛关注。其中，镍基材料成本便宜、储量丰富，本征活性比Co、Fe、Mn更高，得到了广泛研究。

镍基化合物中，氢氧化物/羟基氧化物是OER的活性物种，其它化合物在电化学反应的条件下会形成氢氧化物/羟基氧化物。然而，氢氧化物/ 羟基氧化物电导率通常较低，而且当降低至纳米尺寸以增加电催化活性位点时将使该问题更加突出，与此同时，可能会引发颗粒团聚。为了避免此问题，通常将其镶嵌在其它导电基体材料表面，这种复合材料的界面处，有利于电荷传递，可以提供大量的催化活性位点，从而表现出良好的电催化氧析出活性，并可以保持颗粒的分散性。

因此，研发一种超小尺寸的氢氧化镍纳米颗粒/石墨烯复合氧析出催化剂，对解决现有技术存在的问题具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种氢氧化镍纳米颗粒/石墨烯复合氧析出催化剂的制备方法及其产品和应用，以克服传统Ir/Ru基催化剂价格高，成本贵，现有Ni基催化剂导电性差等问题。本发明将氢氧化镍纳米带生长在石墨烯上，提高了材料的导电性；然后通过采用低温酸处理，对纳米带进行缓慢腐蚀，生成超小尺寸的氢氧化镍颗粒，加大了活性位点的暴露，实现了该材料OER电催化活性的有效提升。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明目的之一是提供一种氢氧化镍纳米颗粒/石墨烯复合氧析出催化剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)氢氧化镍纳米带/石墨烯的制备：将Ni(NO₃)₂·6H₂O溶于去离子水和三甘醇的混合溶液中，再加入石墨烯，形成溶液A；

将尿素、四丁基氢氧化铵(TBAH)溶液和NaHCO₃溶于去离子水中，形成溶液B；

把溶液A和溶液B混合并搅拌，将混合物转移到50mL聚四氟乙烯内衬不锈钢高压釜中，进行水热反应，经离心、洗涤、干燥，得到氢氧化镍纳米带/石墨烯；

(2)氢氧化镍纳米颗粒/石墨烯复合氧析出催化剂的制备：将弱酸水溶液冷冻，将氢氧化镍纳米带/石墨烯溶于水中进行超声处理，然后与冷冻的弱酸水溶液混合，静置，经离心、洗涤、干燥，得到氢氧化镍纳米颗粒/ 石墨烯复合氧析出催化剂。

进一步地，步骤(1)中，所述Ni(NO₃)₂·6H₂O、去离子水、三甘醇和石墨烯的质量体积比为(360～370)mg:(4～6)mL:(5～15)mL:(35～40)mg。