一种镍钼碳化物电催化剂的制备方法

技术领域

本发明涉及能源转换用催化电极领域，具体涉及一种棒状镍钼碳化物的制备方法及应用。

背景技术

煤、石油、天然气等不可再生能源的大量消耗，会使得人类逐渐面临能源短缺的问题，除此以外，这些化石燃料的大量消耗而带来的环境污染问题也在逐年加剧。为解决以上难题，发展以氢气等清洁能源作为化石燃料的替代资源成为当下研究趋势。制氢途径以电解水制取氢气较为简单，然而以贵金属作为电极材料催化剂又会使得其制氢成本过于昂贵，寻求价格低廉又性能优良的电极催化剂成为电催化领域的研究热点。

过渡族金属元素储量大，价格低廉在近几年得到深入的研究，其中包括金属硫化物、金属碳化物、金属磷化物以及包含两种及两种以上的过渡金属元素的电催化剂。研究表明，在众多种类电催化剂中，过渡金属碳化物尤其碳化钼因与贵金属铂具有相似的电子结构，表现出良好电催化活性。此外，碳化物来源广泛，价格低廉，不管是在酸性环境还是碱性环境均具有良好的耐腐蚀性，成为能够替代贵金属催化剂的选择之一。

从以上角度出发，设计出形貌良好，负载均匀的高效电催化剂替代贵金属催化剂具有重要的现实意义。

本发明旨在提供一种棒条状镍钼碳化物的制备方法及应用。

为了实现本发明的目的，采取的技术方案如下：

一种棒条状镍钼碳化物的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：

(1)泡沫镍预处理：首先，将泡沫镍浸泡于0.5～1mol/L的盐酸中30min，之后，用无水乙醇反复冲洗；最后用去离子水洗涤得到干净的泡沫镍备用。

(2)镍钼盐溶液的配制：按照摩尔比1：(0.5～2)：1称取六水合硝酸镍(Ni(NO

(3)前驱体的制备：步骤(1)中预处理过的泡沫镍放置于步骤(2)中聚四氟乙烯高压反应釜中，将反应釜置于电热鼓风干燥箱中，水热温度为100～140℃，水热反应时间为10～14h。

(4)水热反应结束，待反应釜自然冷却到室温后，取出泡沫镍，用去离子水和无水乙醇洗涤后在65～80℃下干燥8～12h，得到镍钼氧化物前驱体。

(5)三乙醇胺溶液的配制：配制体积分数为20～33％的三乙醇胺溶液。

(6)将步骤(1)中预处理的泡沫镍放于三乙醇胺溶液中，浸泡1～5min后取出，干燥箱中50～60℃干燥，干燥时间为30～60min，重复进行浸泡、干燥操作2～4次后在50～60℃下继续干燥10～12h得到负载有三乙醇胺的泡沫镍。

(7)管式炉真空退火碳化处理：将前驱体和负载三乙醇胺的泡沫镍依次放于瓷舟上，然后将瓷舟放入管式炉中，抽真空排除管式炉内空气，于500～600℃退火，保温3～5h，待冷却至室温取出前驱体即得到镍钼碳化物电极材料。

相比于现有技术，本发明所提供的制备方法具有的优势是：

(1)相比于传统的通入含碳混合气体对前驱体进行碳化，在真空条件下无需通入气体，节约气体资源，此外，在进行碳化处理时，真空环境相比流动气体而言能够更好维持前驱体形貌不发生破坏，降低样品氧化程度。

(2)三乙醇胺具有较高碳含量，本发明以三乙醇胺作为碳源，在管式炉高温真空环境下，成功将碳元素引入前驱体中并保持了前驱体棒状形貌，从而大大增加了催化剂的活性位点，提高了其催化性能。

附图说明

图1为本发明实施例一制备的生长在泡沫镍上的镍钼氧化物前驱体(XRD)图谱；

图2为本发明实施例一经过碳化处理的镍钼碳化物的XRD图谱。

图3为本发明实施例一制备的镍钼氧化物前驱体扫描电镜(SEM)图；

图4为本发明实施例一制备的镍钼碳化物扫描电镜(SEM)图；

图5为本发明实施例一、二、三制备的镍钼碳化物析氢线性扫描伏安(LSV)极化曲线测试图；

图6为本发明实施例一、二、三制备的镍钼碳化物析氧线性扫描伏安(LSV)极化曲线测试图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。

实施例一：

将3×2cm

称量0.2908g的硝酸镍、0.1766g的钼酸铵和0.06g尿素，加入30ml去离子水，室温下搅拌10min，得到均匀溶液。将溶液移入反应釜，在100℃下反应14h后逐步冷却至室温，得到棒条状镍钼氧化物前躯体样品。取出样品，用去离子水冲洗，放入鼓风干燥箱，在65℃下干燥12h。

量取5ml三乙醇胺，配制体积分数为25％的三乙醇胺溶液，搅拌15min，将3×2cm

将前驱体样品和负载有三乙醇胺的泡沫镍依次相邻放在瓷舟上，置于管式炉中，真空条件下，升温至500℃，保温5h后随炉冷却至室温，得到棒条状镍钼碳化物电极材料。

对实施例一进行电化学测试，以制备的镍钼碳化物电极片做工作电极，银/氯化银做参比电极，碳棒做对电极，电解质溶液为1M的KOH溶液。所得曲线进行IR补偿。其10mA/cm

实施例二：将3×2cm

称量0.3877g硝酸镍、0.1177g钼酸铵和0.08g尿素，加入30ml去离子水，室温搅拌10min，得到均匀溶液，移入反应釜，在120℃下反应12h后逐步冷却至室温，得到棒条状镍钼氧化物前躯体样品。取出样品，用去离子水冲洗，放入鼓风干燥箱，70℃下干燥10h。

称取10ml三乙醇胺，配制体积分数为33％的三乙醇胺溶液。搅拌15min，将3×2cm

将前驱体样品和负载有三乙醇胺的泡沫镍依次相邻放在瓷舟上，置于管式炉中，真空条件下，升温至550℃，保温4h后随炉冷却至室温，得到棒条状镍钼碳化物电极材料。

对实施例二进行电化学测试，以制备的镍钼碳化物电极片做工作电极，银/氯化银做参比电极，碳棒做对电极，电解质溶液为1M的KOH溶液。所得曲线进行IR补偿。其10mA/cm

实施例三：

将3×2cm

称量0.1939g硝酸镍、0.2354g钼酸铵和0.04g尿素，加入30ml去离子水，室温搅拌10min，得到均匀溶液，移入反应釜，在140℃下反应10h后逐步冷却至室温，得到棒条状镍钼氧化物前躯体样品。取出样品，用去离子水冲洗，放入鼓风干燥箱，80℃下干燥8h。

称取5ml三乙醇胺，配制体积分数为20％的三乙醇胺溶液。搅拌15min，将3×2cm

将前驱体样品和负载有三乙醇胺的泡沫镍依次相邻放在瓷舟上，置于管式炉中，真空条件下，升温至600℃，保温3h后随炉冷却至室温，得到棒条状镍钼碳化物电极材料。

对实施例三进行电化学测试，以制备的镍钼碳化物电极片做工作电极，银/氯化银做参比电极，碳棒做对电极，电解质溶液为1M的KOH溶液。所得曲线进行IR补偿。其10mA/cm

最后应该说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明权利要求范围当中。