一種基于氫溢流策略的Ru/F-FeCoOOH異質結電催化劑的制備方法技術

本發明專利技術屬于界面工程材料領域，具體為一種F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結HER電催化劑催化劑的制備方法及其在大電流電解海水的應用。通過熔融鹽在自支撐材料上生長Ru/F

【技術實現步驟摘要】
一種基于氫溢流策略的Ru/F
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FeCoOOH異質結電催化劑的制備方法


[0001]本專利技術屬于界面工程材料領域，具體為一種F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結HER電催化劑催化劑的制備方法及其在大電流電解海水的應用。

技術介紹

[0002]氫具有較高的揮發性和能量密度，是替代化石燃料的理想綠色能源。析氫反應是水電解過程中的陰極反應，對水電解過程的產氫速率有重要影響。對于堿性水電解，水在堿性介質中解離緩慢，導致質子供應不足，這對HER動力學不利，因此具有挑戰性。在堿性條件下，大電流密度的海水電解通常會在陰極產生氫氧化物沉積，導致反應動力學比純水電解更緩慢。因此，迫切需要設計出既能加速水解離速率又能優化氫吸附自由能的高效催化劑(ΔG
H
)。
[0003]釕(Ru)及其化合物因其具有與Pt相似的水結合能力而引起了人們對堿性HER的關注，更重要的是其優良的活性。然而，中間產物的脫附不利和堿性溶液中質子供應不足減慢了釕基材料的HER動力學。為了解決這一問題，設計與金屬和載體的E
f
相匹配的載體，可以誘導氫的溢出，從而加速氫的解吸過程，提高HER活性。由于E
f
與材料功函數(Φ)之間存在定量關系，減小Φ異質結構間隙可以減少界面電荷積累，從而減弱界面H*俘獲，有利于界面氫溢出。

技術實現思路

[0004]1、本專利技術的目的在于提供了一種F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結材料的合成方法。通過熔融鹽在自支撐材料上生長Ru/F
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FeCoOOH，并利用三氯化釕浸泡法得到最終F摻雜的Ru/FeCoOOH電催化劑(Ru/F
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FeCoOOH)。與傳統制備雙功能電催化劑方法相比，本專利技術利用氫溢流策略解決了電解堿性海水過程中緩慢的動力學等問題，在保證高效催化的同時，能夠在大電流密度的條件下保持催化穩定性，在未來的實際應用中具有重要價值。
[0005]為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：
[0006]本專利技術提供F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結電催化劑的制備方法，可以通過如下技術路線予以實現：
[0007](1)自支撐材料的前處理：將自支撐材料(泡沫鐵)裁剪成適當大小后分別浸入鹽酸、丙酮、去離子水中超聲處理后在真空烘箱中干燥。
[0008](2)F
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FeCoOOH前驅體的制備：將NH4F與Co(NO3)2·
6H2O在烘箱中加熱至125～250℃，放入泡沫鐵反應1～60min，自然冷卻。反應后的泡沫鐵用去離子水與乙醇反復沖洗后在真空烘箱中干燥。
[0009](3)Ru/F
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FeCoOOH的制備：將反應后的的泡沫鐵浸入三氯化釕溶液中，在溫度為0～120℃下反應；取出制備好的樣品并用去離子水清洗，得到Ru/F
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FeCoOOH。
[0010]根據技術路線的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中泡沫鐵剪裁成1cm*2cm大
小，分別浸入鹽酸、丙酮、去離子水中超聲處理10～40min后干燥,用以去除泡沫鎳表面的有機物以及氧化物。
[0011]根據技術路線的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中放入熔融鹽反應時間5min，以合成形貌尺寸較為均勻的片狀F
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FeCoOOH前驅體。
[0012]根據技術路線的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中溫度為0.5～2.0g。
[0013]根據技術路線的制備方法，其特征在于：所述步驟(4)中在烘箱中反應時間為0～10h。
[0014]本專利技術還提供了上述技術路線所述F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結材料在工業電解海水制氫中的應用。
[0015]作為本專利技術的進一步特征：經過上述制備方法制備所得的F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結材料作為工業電解海水的HER電催化劑，具有優異的電化學性能。在工業電解海水的條件(電解液：6MKOH海水，溫度：60℃)下，僅需要1.73V的工作電壓就能達到2A/cm2的電流密度，并且能夠在工業海水條件下穩定循環100h。
[0016]本專利技術提供了一種F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結的HER電解海水電催化劑的制備方法。通過熔融鹽法在自支撐材料上生長F
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FeCoOOH，并進一步利用三氯化釕浸泡法來構建金屬
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載體的氫溢出策略，最終制備出F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結材料。與傳統制備雙功能電催化劑方法相比，本專利技術在保證高效催化的同時，能夠在大電流密度的條件下保持催化穩定性，在未來的實際應用中具有重要價值。
具體實施方式
[0017]下面結合具體實驗方案和附圖闡述本專利技術的技術特點，但本專利技術并不局限于此。下面實施例所述試驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述儀器及材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。
[0018]實施例1
[0019]一種用于電解海水制氫氣的F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結的合成方法，包括以下步驟：
[0020](1)本實施例中，裁剪1cm*2cm的泡沫鐵，將泡沫鐵置于鹽酸、丙酮、去離子水中分別超聲30min,真空干燥后備用。
[0021](2)稱取7gNi(NO3)2·
6H2O和0.55gNH4F放入25mL玻璃瓶中。然后將玻璃瓶放入150℃的烘箱中保溫60min，直到鹽融化。將預處理后的泡沫鎳浸入上述熔融鹽中反應5min后自然冷卻，用去離子水和乙醇沖洗多次后干燥以獲得F
?
FeCoOOH產品，該材料的X
?
射線衍射(XRD)結果如圖所示(圖1)，證明該材料中存在FeOOH物相，F以摻雜形式存在。
[0022](3)將反應后的的泡沫鐵浸入0.05g三氯化釕溶液中，在溫度為60℃下反應；取出制備好的樣品并用去離子水清洗，證明該材料中存在FeOOH和Ru物相，存在異質結。對于合成的材料，其掃描電鏡如圖所示(圖2)，該材料繼續維持前驅體的片狀形貌。Ru/F
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FeCoOOH材料的X
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射線衍射(XRD)結果如圖所示(圖3)，該材料繼續維持Ru/F
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FeCoOOH產品的物相。在雙功能電催化劑測試的過程中，本實例中采用工業電解海水的條件(電解液：6MKOH海水，溫度：60℃)，制備的材料同時兩電極體系電解槽的陰極與陽極。上述制備得到的雙功能雙功能電催化劑，僅需要1.73V的工作電壓就能達到2A/cm2的電流密度(圖4),并且能夠在工
業海水條件下穩定循環100h(圖5)。
[0023]實施例2
[0024]一種用于電解海水制氫氣的F摻雜的Ru/FeCoOOH異質結的合成方法，包括以下步驟：
[0025](1)本實施例中，裁剪1cm*2cm的泡沫鐵，將泡沫鐵置于鹽酸、丙酮、去離子水中分別超聲30min,真空干燥后備用。
[0026](2)將預處理后的泡沫鐵與7gN本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種基于氫溢流策略的Ru/F
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FeCoOOH異質結電催化劑的制備方法，其特征在于：對自支撐材料進行簡單清洗處理，并進一步用熔融鹽的方法在自支撐材料上生長F
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FeCoOOH，最后利用三氯化釕浸泡法對其進行進一步改性處理。得到的改性F
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FeCoOOH電催化劑，能夠實現在工業海水的條件下高效制備氫氣，同時能夠保持長時間穩定性。2.按照權利要求1所述的自支撐材料清洗處理方法，其特征在于，將自支撐材料(泡沫鐵)裁剪成適當大小，將泡沫鐵分別浸入鹽酸、丙酮、去離子水中，超聲處理。3.按照權利要求1所述的熔融鹽法，其特征在于，將NH4F與Ni(NO3)2·
6H2O在烘箱中加熱至...

【專利技術屬性】
技術研發人員：遲京起，朱家偉，崔彤，吳亭亭，劉曉斌，王磊，
申請(專利權)人：青島科技大學，
類型：發明
國別省市：