一种NiVMo/NF析氧催化剂及其制备方法

本发明属于析氧催化剂，具体涉及一种nivmo/nf析氧催化剂及其制备方法。

背景技术：

1、随着当代不可再生化石能源引发的环境污染问题愈发凸显，开发一种绿色、可持续的清洁能源至关重要。氢被称为21世纪最具有潜力的可再生能源，不仅原材料丰富，而且具有灵活高效的特点。电解水制氢作为一种很有前途的大规模生产纯氢的途径，在近几十年来受到越来越多的关注。电解水技术可以看作是两个半反应的组合：析氧反应(oer)和析氢反应(her)。动力学缓慢的oer(2h2o→o2+4h++4e-)反应具有较大的过电位，阻碍了水分解成氧和氢的过程。析氧反应中10macm-2的过电位在350mv左右，通常被作为材料性能评价的基准。因此，开发一种制备方法简单，性能优异的oer催化剂具有一定的现实意义。

2、近年来，贵金属基(ir和ru)电催化剂在oer中表现出优异的活性，但它们的高成本和低储量阻碍了规模化生产。为此，人们做出了大量的努力来设计和合成各种非贵金属及其衍生物以作为高效的oer电催化剂。镍基催化剂在oer反应中，因其成本效益高、易于制备等优点而受到关注。然而，镍基催化剂也存在一些缺点，包括活性不足、稳定性较差、动力学缓慢和选择性差等。此外，镍基催化剂与电极之间的接触电阻非常大，选用适当的自支撑电极对于消除接触电阻非常重要。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明提供一种nivmo/nf析氧催化剂及其制备方法，nivmo/nf析氧催化剂以金属泡沫镍为基底材料，以负载在其上的ni、v和mo为活性组分，发挥协同作用，解决电解水阳极oer反应过程中过电位高、导电性差、反应动力学缓慢以及稳定性差的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：提供一种nivmo/nf析氧催化剂，包括泡沫镍基底以及附着于泡沫镍基底表面的球状纳米片簇；球状纳米片簇的组分包括ni、v和mo。

3、本发明采取上述技术方案的有益效果是：高价金属v、mo的掺杂可同时产生最佳电子态和调节微观结构，可以产生更多的d空电子轨道，从而达到调整电子结构，加速反应的目的；同时还可以形成晶格缺陷的微观结构，这些稳定的微观结构可以提供多种类型的活性位点。以泡沫镍(nf)作为基底材料，使材料原位生长在nf上，可以有效的消除接触电阻并且增大催化剂的表面积，进一步增强电子转移速率，有利于oer反应的进行；以高价金属v、mo进行掺杂和nf作为基底材料对ni基催化剂进行改性，发挥ni、v和mo三金属之间的协同作用，使该催化剂具有优异的微观结构和催化性能，具有高导电性、高活性和高稳定性的优点。

4、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

5、进一步，球状纳米片簇的直径为3～10μm；球状纳米片簇中纳米片的厚度为0.05～0.2μm。

6、本发明采取上述进一步技术方案的有益效果是：niv/nf催化剂表面呈现出颗粒状结构，nimo/nf催化剂表面呈现出小雏菊状结构，而nivmo/nf催化剂表面呈现出球状纳米片簇结构，球状纳米片簇结构的表面积显著增加，提供了更多的催化活性位点并提高了催化剂与反应物之间的接触面积，有助于提高催化效率；球状纳米片簇结构更薄，这有助于提高电导率和电子传递速率，从而加快电化学反应的进行；此外，球状纳米片簇的密度增大，意味着在单位体积内活性位点的数量更多，有助于提高催化剂的整体性能。

7、进一步，上述nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

8、(1)取泡沫镍，洗净、干燥后得基底材料；

9、(2)将镍盐、钒盐和钼盐混合溶于去离子水中得溶液；

10、(3)以基底材料作为工作电极，采用电沉积法将溶液中的ni、v和mo沉积到基底材料的表面，然后清洗，干燥，即得。

11、本发明采取上述进一步技术方案的有益效果是：采用电沉积法利用镍盐和高价金属钒盐、钼盐制备nivmo/nf催化剂，替代了传统的贵金属催化剂，显著降低了制备的成本；电沉积法需要的原材料简单易获得，操作步骤简便，所需时间短，制备过程快捷高效；此外，电沉积法能够更精确地控制材料的沉积和组成，有助于实现更均匀的掺杂和更精细的微观结构调控。

12、进一步，步骤(1)中清洗、干燥的过程为将泡沫镍依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声洗涤，然后置于真空干燥箱中干燥。

13、进一步，镍盐为niso4·6h2o，钒盐为vcl3，钼盐为h32mo7n6o28；溶液中镍盐的浓度为18～22mm，钒盐的浓度为8～12mm，钼盐的浓度为8～12mm。

14、进一步，溶液中niso4·6h2o的浓度为20mm，vcl3的浓度为10mm，h32mo7n6o28的浓度为10mm。

15、进一步，步骤(3)中电沉积法为计时电流法，以汞/氧化汞电极作为参比电极，铂电极作为对电极建立三电极体系，电沉积的电压为-1.4～-1.6v，电沉积的时间为550～650s。

16、进一步，电沉积的电压为-1.5v，电沉积的时间为600s。

17、进一步，步骤(3)中的干燥温度为45～55℃，干燥时间为25～35min。

18、进一步，干燥温度为50℃，干燥时间为30min。

19、本发明采取上述进一步技术方案的有益效果是：nivmo/nf催化剂具有高催化活性，在50ma cm-2的电流密度下的过电位为380mv；nivmo/nf催化剂在50macm-2处的tafel斜率为252.12mv dec-1，其在oer反应中具有较好的动力学特性；同时掺杂v和mo得到的nivmo/nf催化剂的比表面积明显增大，为23.25cm2；nf具有较高的电子导电性，能够增加导电率，此时nf作为自支撑电极发挥消除接触电阻的作用，其活性中心含量较少不能有效的促进其oer反应，而v和mo的引入使nivmo/nf催化剂构建出理想的电荷传输路径，优化电荷转移能力，从而能够在小过电位下驱动oer反应的进行，即具有最低的电子传输电阻和最快的电子转移速率，这种优异性来源于nf与ni、v和mo的固有特性之间的结合作用；此外，在长达60h的恒电压稳定性测试中，nivmo/nf催化剂未出现明显的性能衰减，即nivmo/nf催化剂具有良好的稳定性。

20、本发明的有益效果是：本发明采用电沉积法成功制备了nivmo/nf催化剂，该催化剂以金属泡沫镍为基底材料，负载在上面的ni、v和mo作为催化剂的活性组分，发挥三金属之间的协同作用；制备得到的nivmo/nf催化剂具有球状纳米片簇结构的独特形貌特征，纳米片厚度降低、密度和比表面积增大，以及缺陷的存在可以为oer提供更多的活性位点；电沉积法能精确地控制材料的沉积和组成，实现更均匀的掺杂和更精细的微观结构调控。nivmo/nf催化剂在oer反应中展现出高催化活性、动力学增强、高比表面积、高导电性和良好的稳定性，对于高价金属掺杂在oer催化剂中具有重要的意义。

技术特征：

1.一种nivmo/nf析氧催化剂，其特征在于：包括泡沫镍基底以及附着于所述泡沫镍基底表面的球状纳米片簇；所述球状纳米片簇的组分包括ni、v和mo。

2.根据权利要求1所述的nivmo/nf析氧催化剂，其特征在于：所述球状纳米片簇的直径为3～10μm；所述球状纳米片簇中纳米片的厚度为0.05～0.2μm。

3.权利要求1～2任一项所述的nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中清洗、干燥的过程为将所述泡沫镍依次在丙酮、无水乙醇、去离子水中超声洗涤，然后置于真空干燥箱中干燥。

5.根据权利要求3所述的nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述镍盐为niso4·6h2o，钒盐为vcl3，钼盐为h32mo7n6o28；所述溶液中镍盐的浓度为18～22mm，钒盐的浓度为8～12mm，钼盐的浓度为8～12mm。

6.根据权利要求5所述的nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述溶液中niso4·6h2o的浓度为20mm，vcl3的浓度为10mm，h32mo7n6o28的浓度为10mm。

7.根据权利要求3所述的nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中所述电沉积法为计时电流法，以汞/氧化汞电极作为参比电极，铂电极作为对电极建立三电极体系，电沉积的电压为-1.4～-1.6v，电沉积的时间为550～650s。

8.根据权利要求7所述的nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述电沉积的电压为-1.5v，所述电沉积的时间为600s。

9.根据权利要求3所述的nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(3)中的干燥温度为45～55℃，干燥时间为25～35min。

10.根据权利要求9所述的nivmo/nf析氧催化剂的制备方法，其特征在于：所述干燥温度为50℃，所述干燥时间为30min。

技术总结本发明公开了一种NiVMo/NF析氧催化剂及其制备方法，属于析氧催化剂技术领域。NiVMo/NF析氧催化剂包括泡沫镍基底以及附着于泡沫镍基底表面的球状纳米片簇，球状纳米片簇的组分包括Ni、V和Mo。其制备方法包括以下步骤：(1)取泡沫镍，洗净、干燥后得基底材料；(2)将镍盐、钒盐和钼盐混合溶于去离子水中得溶液；(3)以基底材料作为工作电极，采用电沉积法将溶液中的Ni、V和Mo沉积到基底材料的表面，然后清洗，干燥，即得。本发明制备的NiVMo/NF析氧催化剂可解决电解水阳极OER反应过程中过电位高、导电性差、反应动力学缓慢以及稳定性差的问题。技术研发人员：王小炼,唐星月,蒋新玲,冯威,李莹莹,谷蕾,陈晓娟,朱亚东,李梦成,李瑞炫受保护的技术使用者：成都大学技术研发日：技术公布日：2024/10/17