【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及電催化，特別涉及一種鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑及其制備方法與應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、化石燃料的快速消耗導(dǎo)致了環(huán)境污染和能源短缺，迫切需要開發(fā)環(huán)保可再生的新能源。雖然太陽能和風(fēng)能是主流的可再生能源，但其時間和空間上的不連續(xù)性限制了廣泛應(yīng)用。氫氣(h2)作為一種易存儲、清潔無污染且高能量密度的可再生能源，被認(rèn)為是未來低碳能源系統(tǒng)的潛在候選之一。盡管水分解的理論極限電壓為1.23v，實(shí)際操作中需施加更高的電壓以驅(qū)動反應(yīng)。電解水過程中，陽極發(fā)生氧氣析出反應(yīng)(oer)，陰極發(fā)生氫氣析出反應(yīng)(her)。主要挑戰(zhàn)在于oer催化劑在工業(yè)級電流密度下的活性和穩(wěn)定性不足。貴金屬氧化物如iro2和ruo2雖有較好活性，但因儲存有限、價格昂貴且穩(wěn)定性差，應(yīng)用前景有限。因此，設(shè)計并構(gòu)筑高效低成本的oer電催化劑，以改善oer動力學(xué)，減小過電位，提高電解水效率，對實(shí)現(xiàn)工業(yè)級電流密度下的高效穩(wěn)定制氫至關(guān)重要。
2、以金屬鎳為代表的3d過渡金屬目前被證實(shí)對于堿性oer反應(yīng)有較好的催化活性，但是這類催化劑大多通過晶格氧化路徑來提升其催化活性，此催化路徑以犧牲材料本身的晶格氧為代價，從而限制了其長程穩(wěn)定性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、專利技術(shù)目的：本專利技術(shù)的第一目的為提供一種鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑，具有優(yōu)異的電催化活性，并且由于其特殊的異核短程雙活性位點(diǎn)的結(jié)構(gòu)所帶來的特異性催化反應(yīng)路徑，其表現(xiàn)出優(yōu)異的長程穩(wěn)定性；本專利技術(shù)的第二目的為提供所述鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法；本專利技術(shù)的第三目的為提供所述鎢鎳析氧反
2、技術(shù)方案：本專利技術(shù)所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑，包括載體泡沫鎳和原位生長在載體上的w-ni3s2，先通過水熱反應(yīng)得到以泡沫鎳為載體負(fù)載ni-mof的納米片，然后再加入鎢源和硫源，將ni硫化，并且部分ni被w取代形成短程異核雙吸附位點(diǎn)，其中ni和w之間的距離為
3、所述鎳鹽中鎳和鎢鹽中鎢的摩爾比為5～20﹕1。引入w原子，部分ni被w取代形成短程異核雙吸附位點(diǎn)，可以增強(qiáng)對反應(yīng)活性中間體oh的吸附，更有利于活性位點(diǎn)ni與oh的結(jié)合，同時促進(jìn)水的解離。
4、優(yōu)選的，所述泡沫鎳的厚度為0.5～2mm。其作為自支撐材料，負(fù)載w-ni3s2，其具有高比表面積和均勻分布的孔隙結(jié)構(gòu)，為分子的快速傳輸提供了優(yōu)化路徑。此外，其具有良好的導(dǎo)電性和高穩(wěn)定性，為催化反應(yīng)提供了有利條件。不同厚度泡沫鎳的對電極的表觀電流有所影響，隨著厚度的增加，電極的表觀電流逐漸增加，當(dāng)厚度達(dá)到2mm左右則會趨向統(tǒng)一，但其內(nèi)在活性隨厚度的增加呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，1mm的泡沫鎳負(fù)載的w-ni3s2具有最優(yōu)的內(nèi)在活性。
5、本專利技術(shù)所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，包括以下步驟：
6、(1)泡沫鎳負(fù)載的ni-mof納米片的制備
7、稱取鎳鹽、對苯二甲酸溶于n,n-二甲基甲酰胺、水和乙醇的混合溶劑中，加入泡沫鎳，于反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到以泡沫鎳為載體負(fù)載ni-mof的納米片；
8、(2)泡沫鎳負(fù)載的w-ni3s2催化劑的制備
9、稱取硫源和鎢鹽，溶于水，加入步驟(1)制備的ni-mof的納米片，并于反應(yīng)釜中進(jìn)行水熱反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后干燥，得到所述鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑。
10、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述泡沫鎳還包括前處理，前處理方法為：分別在丙酮、乙醇及去離子水中清洗，然后在稀酸中除去表面氧化膜。所述處理泡沫鎳所用的稀酸為稀硫酸，稀鹽酸或者稀硝酸，濃度為1～3mol?l-1，處理時間為5～30min。
11、步驟(1)水熱反應(yīng)過程中，以鎳為金屬中心原子，對苯二甲酸為配體，反應(yīng)生成ni-mof。
12、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為120～160℃，反應(yīng)時間為4～8h。
13、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述鎳鹽為六水合氯化鎳。
14、優(yōu)選的，步驟(1)中，所述n,n-二甲基甲酰胺、水、乙醇的體積比為4﹕1﹕1。
15、步驟(2)中，水熱反應(yīng)過程中，ni-mof中的ni被硫化，并且部分ni為w取代，最終生成w-ni3s2。
16、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為140～180℃，反應(yīng)時間為12～16h。
17、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述硫源為硫代乙酰胺；所述鎢鹽為二水合鎢酸鈉。
18、優(yōu)選的，步驟(2)中，所述干燥溫度為60℃。
19、本專利技術(shù)所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑作為電催化水分解陽極催化劑的應(yīng)用。
20、專利技術(shù)機(jī)理：本專利技術(shù)中所設(shè)計的催化劑具有獨(dú)特的限域短程結(jié)構(gòu)，其相鄰的異核金屬之間具有限定的距離，從而可通過雙位點(diǎn)吸附-耦合路徑(opm機(jī)制)進(jìn)行析氧反應(yīng)。該路徑可以克服傳統(tǒng)反應(yīng)中存在的活性及穩(wěn)定性的相互約束，由此達(dá)到了高活性及穩(wěn)定性。
21、有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：(1)通過先形成ni-mof，然后部分ni被w取代形成短程異核雙吸附位點(diǎn)，催化劑具有優(yōu)異的氧氣析出的活性和穩(wěn)定性；(2)該方法操作簡單、快捷，有利于規(guī)模化生產(chǎn)。
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1.一種鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑，其特征在于，包括載體泡沫鎳和原位生長在載體上的W-Ni3S2，鎳鹽先通過水熱反應(yīng)得到以泡沫鎳為載體負(fù)載Ni-MOF的納米片，然后再加入鎢鹽和硫源，將Ni硫化，并且部分Ni被W取代形成短程異核雙吸附位點(diǎn)，其中Ni和W之間的距離為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑，其特征在于，所述鎳鹽中鎳和鎢鹽中鎢的摩爾比為5～20﹕1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑，其特征在于，所述泡沫鎳的厚度為0.5～2mm。
4.一種權(quán)利要求1～3任一所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為120～160℃，反應(yīng)時間為4～8h。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(2)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為140～180℃，反應(yīng)時間為12～16h。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述泡沫鎳還包括
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，其特征在于，所述硫源為硫代乙酰胺。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽為六水合氯化鎳；所述鎢鹽為二水合鎢酸鈉。
10.一種權(quán)利要求1～3任一所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑作為電催化水分解陽極催化劑的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑，其特征在于，包括載體泡沫鎳和原位生長在載體上的w-ni3s2，鎳鹽先通過水熱反應(yīng)得到以泡沫鎳為載體負(fù)載ni-mof的納米片，然后再加入鎢鹽和硫源，將ni硫化，并且部分ni被w取代形成短程異核雙吸附位點(diǎn)，其中ni和w之間的距離為
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑，其特征在于，所述鎳鹽中鎳和鎢鹽中鎢的摩爾比為5～20﹕1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑，其特征在于，所述泡沫鎳的厚度為0.5～2mm。
4.一種權(quán)利要求1～3任一所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的鎢鎳析氧反應(yīng)催化劑的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述水熱反應(yīng)的溫度為120～160...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：常瑞軒，張嘉晨，王申，賈姝鈺，李嘉霖，李慧婷，唐亞文，孫瀚君，
申請(專利權(quán))人：南京師范大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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