一种泡沫镍负载的钴镍催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种泡沫镍负载的钴镍催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电解水技术作为一种能够存储能源的手段，瓶颈在于阳极的析氧反应(oer)，碱性条件下，高价态的镍位点可以表现出优异的水氧化性能，这是因为高价态的镍位点可以提高镍-氧之间的共价性，利于电荷转移；而且，在高价态的镍位点中，镍的d带中心会下沉，甚至能够穿入氧配体的p带中，进而激活晶格氧。被激活的晶格氧不仅可以促进oh-进行亲核进攻，而且可以通过直接参与氧气生成而降低反应能垒。因此，大量生成高价态的镍位点有助于克服缓慢的析氧反应动力学，使电解水工业化更具经济性。

2、然而，根据pourbaix图可知，生成高价态的镍位点需要高电势，且热力学上也不稳定。目前为止，促进高价态位点生成的策略主要有原子掺杂和异质界面构造等。然而大部分的制备方法仅能在催化剂表面几纳米的深度产生高价态位点，催化活性虽然得到了提升，但是仍难以克服活性低或稳定性差的缺点，无法满足工业应用的需求。此外，尽管可以通过直接合成单层镍基材料来解决高价位点仅在表面生成的难题，但是仍难以避免单分子层纳米材料在制备和电极负载过程中堆叠的问题。

3、现有技术中存在的问题严重限制形成高密度高分散的高价态金属镍位点，如何高密度地制备稳定的高价态镍位点对电解水体系具有重要的实际应用价值。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种泡沫镍负载的钴镍催化剂及其制备方法和应用，可以高密度地制备稳定的高价态的镍位点，至少部分解决现有技术中存在的问题。

2、本发明的第一方面提供了一种钴镍催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：对镍源进行表面氢热处理，得到氢热处理的镍源；将所述氢热处理的镍源浸泡在熔融的镍盐中，以在所述镍源的表面形成镍盐氢氧化物，得到镍前驱体；然后将所述镍前驱体在钴源溶液中进行浸渍处理，得到钴镍氢氧化物催化剂。

3、优选地，所述表面氢热处理的条件包括：在氢气气氛中对所述镍源进行加热；加热温度为180-250℃，加热时间为0.5-2h。

4、进一步优选地，所述镍源为泡沫镍；所述泡沫镍的孔径为100-400μm，优选为200-300μm。

5、优选地，所述熔融的镍盐的温度为85-150℃，优选为100-130℃。

6、优选地，所述镍盐为硝酸镍；所述镍源在所述熔融的镍盐中浸泡的时间为6-24h，优选为8-12h。

7、优选地，所述钴源选自硝酸钴、氯化钴和碳酸钴中的一种或多种；以钴元素计，所述钴源溶液的浓度为0.05-0.20mol/l，优选为0.10-0.15mol/l。

8、优选地，所述浸渍处理的条件包括：浸渍温度为80-100℃；浸渍时间为1-5h。

9、进一步优选地，浸渍温度为80-90℃；浸渍时间为2-3h。

10、优选地，所述方法还包括：对所述钴镍氢氧化物催化剂进行干燥处理；所述干燥处理的条件包括：干燥温度为60-120℃；干燥时间为12-15h。

11、本发明的第二方面提供了一种根据本发明的第一方面制备的钴镍氢氧化物催化剂。

12、本发明的第三方面提供了一种电极，所述电极包括析氧催化剂，所述析氧催化剂包括本发明的第二方面的钴镍氢氧化物催化剂。

13、本发明的方法扩展了镍基催化剂的制备方法，绿色、温和环保，合成的钴镍氢氧化物催化剂纯度高且结构可控，含有丰富且稳定的高价态金属镍位点，能够激活晶格氧参与反应，从而有效地降低水氧化反应能垒，突破了高价态金属位点难以高密度高分散制备的瓶颈，为镍基催化剂活性位点的生成和演变、晶格氧原子在oer过程中的作用提供了重要的借鉴。

技术特征：

1.一种钴镍催化剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述表面氢热处理的条件包括：在氢气气氛中对所述镍源进行加热；加热温度为180-250℃，加热时间为0.5-2h；

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述熔融的镍盐的温度为85-150℃，优选为100-130℃。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述镍盐为硝酸镍；所述镍源在所述熔融的镍盐中浸泡的时间为6-24h，优选为8-12h。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述钴源选自硝酸钴、氯化钴和碳酸钴中的一种或多种；

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述浸渍处理的条件包括：浸渍温度为80-100℃；浸渍时间为1-5h。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，浸渍温度为80-90℃；浸渍时间为2-3h。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：对所述钴镍氢氧化物催化剂进行干燥处理；

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的方法制备的钴镍氢氧化物催化剂。

10.一种电极，其特征在于，所述电极包括析氧催化剂，所述析氧催化剂包括权利要求9所述的钴镍氢氧化物催化剂。

技术总结本发明涉及一种钴镍催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：对镍源进行表面氢热处理，得到氢热处理的镍源；将所述氢热处理的镍源浸泡在熔融的镍盐中，以在所述镍源的表面形成镍盐氢氧化物，得到镍前驱体；然后将所述镍前驱体在钴源溶液中进行浸渍处理，得到钴镍氢氧化物催化剂。本发明还涉及利用上述方法制备得到的钴镍氢氧化物催化剂和该钴镍氢氧化物催化剂的应用。本发明的方法合成的钴镍氢氧化物催化剂纯度高且结构可控，含有丰富且稳定的高价态金属镍位点，能够激活晶格氧参与反应，从而有效地降低水氧化反应能垒，为镍基催化剂活性位点的生成和演变、晶格氧原子在OER过程中的作用提供了重要的借鉴。技术研发人员：柴永明,董斌,周亚楠,刘宾,李奕川受保护的技术使用者：中国石油大学（华东）技术研发日：技术公布日：2024/7/9