【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)屬于電解水制氧，具體涉及一種尖晶石氧化物催化劑及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、近些年來(lái)，為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的環(huán)保需求，開(kāi)發(fā)新能源迫在眉睫。與傳統(tǒng)的化石燃料相比，氫氣已然成為未來(lái)理想的綠色能源燃料。目前，電解水是一種應(yīng)用前景大的生產(chǎn)高純度氫氣的方法。電解水的過(guò)程包括兩個(gè)半電池反應(yīng)，即析氫反應(yīng)（hydrogen?evolutionreaction，her）和析氧反應(yīng)（oxygen?evolution?reaction，oer）。由于四電子轉(zhuǎn)移的動(dòng)力學(xué)緩慢，oer被認(rèn)為是電解水過(guò)程中的限速步驟。因此，開(kāi)發(fā)一種高效穩(wěn)定的oer催化劑是實(shí)現(xiàn)電解水實(shí)際應(yīng)用的必要條件。
2、近年來(lái)，尖晶石型過(guò)渡金屬氧化物(tmo)由于具有相對(duì)豐富、低成本、毒性小等特性，已經(jīng)得到了深入研究，以取代成本高昂的傳統(tǒng)oer電催化劑，如ruo2和iro2。通過(guò)控制表面微觀結(jié)構(gòu)、調(diào)控各元素組分以及雜原子摻雜調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)，可以制備出高效的oer催化劑，主要包括ni、co、fe等金屬氧化物和過(guò)氧化物。
3、然而，尖晶石型過(guò)渡金屬氧化物作為oer催化劑時(shí)仍存在著一些不足和挑戰(zhàn)，如有限的比表面積、活性位點(diǎn)數(shù)量和較差的導(dǎo)電性等問(wèn)題。電催化材料的性能與活性材料的微觀結(jié)構(gòu)有很大關(guān)聯(lián)，因此制造具有可調(diào)尺寸的清晰形貌、材料的宏觀/介孔和納米結(jié)構(gòu)十分關(guān)鍵。基于上述考慮，開(kāi)發(fā)具有新的可控形貌和結(jié)構(gòu)的nico2o4以提高其電化學(xué)性能有著重要的意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、有鑒于此，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于提供一種尖晶石
2、為達(dá)到此目的，本專(zhuān)利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：
3、第一方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種尖晶石氧化物催化劑，其活性組分包括nico2o4。
4、優(yōu)選地，所述尖晶石氧化物催化劑的結(jié)構(gòu)為中空納米管狀結(jié)構(gòu)。
5、優(yōu)選地，所述中空納米管的直徑為90~120?nm。
6、第二方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種上述尖晶石氧化物催化劑的制備方法，包括以下步驟：
7、s1：將可溶性鎳鹽、可溶性鈷鹽、沉淀劑和溶劑混合，得到混合溶液；
8、s2：將混合溶液與模板分散液混合并反應(yīng)，得到前驅(qū)體，煅燒，得到尖晶石氧化物催化劑；
9、所述模板分散液中的模板為表面包覆有碳的納米線(xiàn)。
10、優(yōu)選地，所述可溶性鈷鹽包括但不限于硝酸鈷、硫酸鈷或氯化鈷。
11、優(yōu)選地，所述可溶性鎳鹽包括但不限于硝酸鎳、硫酸鎳或氯化鎳。
12、優(yōu)選地，所述沉淀劑包括但不限于尿素。
13、優(yōu)選地，所述溶劑包括但不限于水。
14、優(yōu)選地，所述可溶性鈷鹽、可溶性鎳鹽、沉淀劑和溶劑的比例為1?mmol：0.5?mmol：(7~8)?mmol：(5~15)?ml
15、優(yōu)選地，所述納米線(xiàn)選自碲納米線(xiàn)。
16、優(yōu)選地，步驟s2中所述混合在攪拌條件下進(jìn)行；所述攪拌的速率為10000~14000r/min。
17、優(yōu)選地，步驟s2中所述反應(yīng)的溫度為130~150℃，時(shí)間為6~8?h。
18、優(yōu)選地，所述煅燒的升溫速率為2~5?℃/min，所述煅燒的溫度為350~500℃，時(shí)間為1~3?h。
19、優(yōu)選地，步驟s2中得到前驅(qū)體后，進(jìn)行洗滌和干燥處理后，再進(jìn)行煅燒；
20、優(yōu)選地，所述洗滌為采用乙醇和水分別洗滌3~5次。
21、優(yōu)選地，所述干燥的溫度為60~70℃，時(shí)間為12~18?h。
22、第三方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種上述尖晶石氧化物催化劑在電解水析氧中的應(yīng)用。
23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果為：
24、本專(zhuān)利技術(shù)提供了一種尖晶石氧化物催化劑，其活性組分包括nico2o4。在本專(zhuān)利技術(shù)中，所述尖晶石氧化物催化劑的結(jié)構(gòu)為中空納米管狀結(jié)構(gòu)，由nico2o4顆粒組成。借助于中空納米管狀的結(jié)構(gòu)，所述催化劑的比表面積大，因此，提供了更多的反應(yīng)活性位點(diǎn)，也有利于在電解水析氧過(guò)程中的電解液的擴(kuò)散和氣體的脫附。
25、經(jīng)研究，所述尖晶石氧化物催化劑在oer性能測(cè)試中，電流密度為50?ma/cm2處的過(guò)電位為420?mv，遠(yuǎn)超過(guò)商業(yè)ruo2的oer催化性能(50?ma/cm2處的過(guò)電位為488?mv)，可見(jiàn)其具有優(yōu)異的oer電催化活性。同時(shí)，所述催化劑還具有較小的電荷轉(zhuǎn)移電阻、良好的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和循環(huán)穩(wěn)定性。
26、另外，所述催化劑的制備方法具有操作簡(jiǎn)單，成本低廉，可重復(fù)性高，便于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模化生產(chǎn)。
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1.一種尖晶石氧化物催化劑，其特征在于，其活性組分包括NiCo2O4；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖晶石氧化物催化劑，其特征在于，?所述中空納米管的直徑為90~120?nm。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的尖晶石氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述可溶性鈷鹽包括但不限于硝酸鈷、硫酸鈷或氯化鈷；
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述可溶性鈷鹽、可溶性鎳鹽、沉淀劑和溶劑的比例為1?mmol：0.5?mmol：(7~8)?mmol：(5~15)?mL。
6.根據(jù)權(quán)利要求3~5中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述納米線(xiàn)選自碲納米線(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3~6中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中所述混合在攪拌條件下進(jìn)行；所述攪拌的速率為10000~14000?r/min；
8.根據(jù)權(quán)利要求3~7中任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，步驟S2中得到前驅(qū)體后，進(jìn)行洗滌和干燥處理后，再進(jìn)行煅燒。
9.根據(jù)權(quán)利要
10.權(quán)利要求1或2所述的尖晶石氧化物催化劑或根據(jù)權(quán)利要求3~9中任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的尖晶石氧化物催化劑在電解水析氧中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種尖晶石氧化物催化劑，其特征在于，其活性組分包括nico2o4；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的尖晶石氧化物催化劑，其特征在于，?所述中空納米管的直徑為90~120?nm。
3.一種如權(quán)利要求1或2所述的尖晶石氧化物催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述可溶性鈷鹽包括但不限于硝酸鈷、硫酸鈷或氯化鈷；
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的制備方法，其特征在于，所述可溶性鈷鹽、可溶性鎳鹽、沉淀劑和溶劑的比例為1?mmol：0.5?mmol：(7~8)?mmol：(5~15)?ml。
6.根據(jù)權(quán)利要...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊晴，宋茹，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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