一种锰掺杂氢氧化镍Ni1-xMnx(OH)2微球状分级纳米结构材料及其制备方法

本发明属于镍基材料的制备领域，特别涉及一种简单、新颖、高效的制备ni1-xmnx(oh)2粉末的方法。

背景技术：

1、由于化石能源短缺，环境污染问题严重，开发出一种清洁能源至关重要，氢气能源因无污染，可再生被认为最佳能源。为减少对传统化石燃料的过度使用和缓解环境污染问题，电解水在绿色制氢领域有着重要地位。电解水析氧反应(oer)需要更高的反应条件，大大降低了电解水的效率。因此制备成本低，效率高，易制备，无污染的催化剂至关重要。

2、每年各国都在材料上投入大量人力和物力，制备oer反应效率高的催化剂。虽然贵金属pt,ir及其化合物等催化剂表现出优异性能，由于价格昂贵，并不能广泛生产使用。但是镍基催化剂也具有良好的催化性能，且价格低廉，制备简单，无污染，无须高温等优点。

3、镍基催化剂的种类繁多，常见的有niooh和ni(oh)2，现在也报道了使用过渡金属、贵金属、非金属等离子、原子掺杂制备高效催化剂。掺杂后的ni(oh)2表现出更优异的催化性能，且稳定性很好。合成该化合物的方法很多，有水热法、溶剂热法、固相法等。虽然现有技术能够制备离子、原子掺杂，但是仍然存在很多缺点合不足

4、与本发明相近的现有技术是论文“mn掺杂ni(oh)2的合成及电化学性能的研究”(doi:10.15541/jim20180449),公布了一种具有优异充放电性能的mn掺杂ni(oh)2的制备方法，该合成方法是：使用氯化铵、浓氨水调节ph值制备缓冲液，将六水合硫酸镍，一水合硫酸锰加入缓冲液中55℃搅拌反应八小时，再经老化，洗涤干燥得到产品。

5、该方法需要对尾气处理，并且需要控制反应体系的ph值，在反应过程中可能会产生氨气引起爆沸。

6、利用本发明所用方法制备锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料的报道尚未出现。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是，提供一种利用水热反应法制备锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料的方法，克服以往在制备过程中的诸多缺点和限制，为锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2的进一步应用奠定了基础。

2、具体技术方案如下：

3、以六水合氯化镍粉末和尿素，四水合氯化锰晶体颗粒为原料，其中六水合氯化镍和尿素和氟化铵摩尔比为1.5：4.5：7。在室温下磁力搅拌30分钟，将前驱体溶液转移到100ml密闭高压反应釜中，在150℃温度下反应8小时。反应结束自然冷却后，收集样品，分别用去离子水，无水乙醇洗涤三次，得到氢氧化镍ni(oh)2微球状分级纳米结构材料；将0.198g四水合氯化锰溶于30ml去离子水中，搅拌形成均一溶液，将上述步骤一制备的前驱体浸泡在氯化锰溶液中，50℃温度下反应2小时。所得产物经去离子水洗涤干净，低温烘干，即得到产物锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料。

4、在反应过程中，所述的密封加热，优先选择加热温度分别是150℃、50℃。

5、加热时长优先分别选8小时、2小时。

6、本发明的一种锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料，具有纳米片状结构，结晶纳米片厚度为100-140nm，大小为1.95-4.78um。锰元素含量在0≤x≤0.03。

7、有益效果：

8、本发明首次利用水热反应合成出锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米晶体，与现有技术相比，本发明的优点是方法简单易于实现，花费成本低，产量丰富，结晶度好，不需要任何催化剂和添加剂，不产生任何副产物和有害物质，反应时间短，不需要过高温。本发明为进一步研究oer水解反应催化剂的合成奠定了基础。

技术特征：

1.一种锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料，其中ni1-xmnx(oh)2微球是由大量结晶纳米片组装而成。

2.根据权利要求1所述的一种锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料，其特征在于，微球大小为5.55-9.23μm，是由大量纳米片随机镶嵌组装而成。

3.根据权利要求1所述的一种锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料，其特征在于，结晶纳米片厚度为100-140nm，大小为1.95-4.78um。

4.一种锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料的制备方法，其特征在于，包含以下合成步骤：

5.根据权利要求4所述一种锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料的制备方法，其特征在于，所述步骤一中六水合氯化镍和尿素和氟化铵摩尔比为1.5：4.5：7。

6.根据权利要求4所述一种锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料的制备方法，其特征在于，四水合氯化锰用量为1mmol。

7.根据权利要求4所述一种锰掺杂氢氧化镍ni1-xmnx(oh)2微球状分级纳米结构材料的制备方法，其特征在于，ni1-xmnx(oh)2中锰元素含量在0≤x≤0.03。

技术总结本发明公开了一种锰掺杂氢氧化镍Ni<subgt;1‑x</subgt;Mn<subgt;x</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;微球状分级纳米结构材料及其制备方法。以NiCl<subgt;2</subgt;.6H<subgt;2</subgt;O粉末、CO(NH<subgt;2</subgt;)<subgt;2</subgt;、NH<subgt;4</subgt;F和MnCl<subgt;2</subgt;.4H<subgt;2</subgt;O晶体颗粒为原料，其中NiCl<subgt;2</subgt;.6H<subgt;2</subgt;O和CO(NH<subgt;2</subgt;)<subgt;2</subgt;和NH<subgt;4</subgt;F摩尔比为1.5：4.5：7。加入适量去离子水室温下搅拌30分钟，将溶液转移到100ml密闭高压反应釜中，在150℃温度下反应8小时。收集洗涤产物得到Ni(OH)<subgt;2</subgt;微球状分级纳米结构材料；将0.198MnCl<subgt;2</subgt;.4H<subgt;2</subgt;O溶于30ml去离子水中搅拌均匀，将前驱体浸泡在氯化锰溶液中50℃温度下反应2小时。所得样品经洗涤干燥即得到产物，其中Ni<subgt;1‑x</subgt;Mn<subgt;x</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;微球是由大量结晶纳米片随机组装而成，微球大小为5.55‑9.23μm，结晶纳米片厚度为100‑140nm，大小为1.95‑4.78um。本发明方法简单易于实现，花费成本低，重复性好，不产生任何副产物和有害物质，制备出的晶体Ni<subgt;1‑</subgt;<subgt;x</subgt;Mn<subgt;x</subgt;(OH)<subgt;2</subgt;具有产量高，分布均匀等优点。技术研发人员：张剑,徐鹏飞,李艳伟,崔航,姜丽娜,崔啟良受保护的技术使用者：吉林大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5