類銀耳狀的Fe-Ni雙金屬氫氧化物、析氧電極及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雙金屬氫氧化物，具體地，涉及一種類銀耳狀的Fe-Ni雙金屬氫氧化物。
【背景技術(shù)】
[0002]燃料電池具有能量轉(zhuǎn)換效率高、環(huán)境友好等特點，被稱為是21世紀首選的潔凈、高效的發(fā)電技術(shù)。燃料電池中應(yīng)用到的雙功能氧電極材料近來成為電化學(xué)領(lǐng)域的研究熱點，長期以來人們進行了多種電催化材料的研究，主要包括以下幾種材料:(1)貴金屬材料，如Pt，(2)單一金屬氧化物，(3)復(fù)合金屬氧化物，(4)復(fù)合金屬氫氧化物。其中，復(fù)合金屬氫氧化物材料作為電催化劑材料使用時，具有成本低、強的耐腐燭性、較高的的0ER(析氧反應(yīng))和0RR(氧化還原反應(yīng))電催化活性，從而成為了最有希望替代貴金屬的氧電極材料。
[0003]析氧電極是堿性電解水工業(yè)中關(guān)鍵的部件之一，其最重要的性質(zhì)就是對析氧反應(yīng)的電催化活性。電解水過程中需要斷裂0-H鍵、形成0-0雙鍵并且伴隨著質(zhì)子和電子的釋放，然而在酸性和堿性介質(zhì)中動力學(xué)緩慢。因此，使用高活性的催化劑來減小過電位是實現(xiàn)高效的分解水的重要條件。
[0004]在電解堿性水的條件下，析氧電極必須保持結(jié)構(gòu)的物理穩(wěn)定性、耐蝕性和催化壽命長。因此，析氧電極須具備以下條件:(1)比表面積或者粗糙度大，⑵電極的導(dǎo)電率高，
(3)對析氧反應(yīng)的電催活性高。但是目前的析氧電極但是目前的析氧電極在堿性電解時的能耗有很大的一部分為析氫過電位和析氧過電位。因此，研究新型的電極材料來降低過電位，提高能量轉(zhuǎn)換具有非常重要的實際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種類銀耳狀的Fe-Ni雙金屬氫氧化物、析氧電極及其制備方法和應(yīng)用，該Fe-Ni雙金屬氫氧化物以及含有該Fe-Ni雙金屬氫氧化物的析氧電極具有優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn)定性和0ER催化性能；同時該Fe-Ni雙金屬氫氧化物以及析氧電極的制備方法簡單、條件溫和且反應(yīng)效率高。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種類銀耳狀的Fe-Ni雙金屬氫氧化物的制備方法，包括:
[0007]1)將可溶性鐵鹽、可溶性鎳鹽、表面活性劑和溶劑混合制成鹽溶液；
[0008]2)將鹽溶液與還原劑進行氧化還原反應(yīng)直至反應(yīng)體系變色以制得反應(yīng)混合物；
[0009]3)將反應(yīng)混合物固液分離取固體，然后將固體洗滌、干燥和研磨制得Fe-Ni雙金屬氫氧化物。
[0010]本發(fā)明也提供了一種類銀耳狀的Fe-Ni雙金屬氫氧化物，其特征在于，F(xiàn)e-Ni雙金屬氫氧化物通過上述的方法制得。
[0011]本發(fā)明還提供了一種析氧電極的制備方法，其特征在于，包括:
[0012]A、將上述的Fe-Ni雙金屬氫氧化物、碳、水、N，N 二甲基甲酰胺和Naf1n溶液混合制得分散液；
[0013]B、將分散液涂抹于玻碳電極上，然后干燥。
[0014]本發(fā)明進一步提供了一種析氧電極，其特征在于，析氧電極通過上述的方法制備而得。
[0015]本發(fā)明更進一步提供了一種如上述的Fe-Ni雙金屬氫氧化物或者如上述的析氧電極在能量存儲、催化和傳感領(lǐng)域中的應(yīng)用，優(yōu)選在0ER催化中的應(yīng)用。
[0016]通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的類銀耳狀的Fe-Ni雙金屬氫氧化物是以可溶性鐵鹽和可溶性鎳鹽為原料，在不添加任何堿源的條件下，將鐵鎳可溶性鹽還原為單質(zhì)，并以Fe單質(zhì)和Ni單質(zhì)為中介，通過單質(zhì)納米球的進一步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。該Fe-Ni雙金屬氫氧化物是由疏松均勻的薄片組合而成，整體形狀類似銀耳狀，在一定程度上形成了許多孔洞，進而保證了其具有良好的電化學(xué)可逆性、循環(huán)穩(wěn)定性好和0ER催化性能。另外，該Fe-Ni雙金屬氫氧化物的制備方法簡單、反應(yīng)條件溫和、對環(huán)境友好、易操作，同時對設(shè)備要求低，且整體反應(yīng)時間較短。此外，通過該Fe-Ni雙金屬氫氧化物制備析氧電極，該析氧電極的制備方法簡單，并且制得的析氧電極具有優(yōu)異的電化學(xué)可逆性、循環(huán)穩(wěn)定性好和0ER催化性能，進一步直接證明了 Fe-Ni雙金屬氫氧化物具有優(yōu)異的電化學(xué)特性。
[0017]本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細說明。
【附圖說明】
[0018]附圖是用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0019]圖1是檢測例1中A1放大40000倍下的掃描電子顯微鏡(SEM)圖；
[0020]圖2是檢測例2中A1放大30000倍下的透射電子顯微鏡(TEM)圖；
[0021]圖3是檢測例4中A1的0ER性能測試的CV曲線圖；
[0022]圖4是檢測例4中A1的0ER性能測試的EIS曲線圖。
[0023]圖5是檢測例3中A1的XRD圖;
【具體實施方式】
[0024]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0025]本發(fā)明提供了一種類銀耳狀的Fe-Ni雙金屬氫氧化物的制備方法，包括:
[0026]1)將可溶性鐵鹽、可溶性鎳鹽、表面活性劑和溶劑混合制成鹽溶液；
[0027]2)將鹽溶液與還原劑進行氧化還原反應(yīng)直至反應(yīng)體系變色以制得反應(yīng)混合物；
[0028]3)將反應(yīng)混合物固液分離取固體，然后將固體洗滌、干燥和研磨制得Fe-Ni雙金屬氫氧化物。
[0029]在發(fā)明的步驟1)中，各物質(zhì)的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使得制得的Fe-Ni雙金屬氫氧化物具有更優(yōu)異的電化學(xué)穩(wěn)定性、循環(huán)穩(wěn)定性和0ER催化性能，優(yōu)選地，相對于3mmol的可溶性鐵鹽，所述可溶性鎳鹽的用量為1_9_01，所述表面活性劑為的用量為0.l_7g，所述溶劑的用量為5-600ml。
[0030]在發(fā)明的步驟1)中，可溶性鐵鹽、可溶性鎳鹽、表面活性劑和溶劑的具體種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是從產(chǎn)率和成本上考慮，優(yōu)選地，在步驟1)中，可溶性鐵鹽選自硝酸鐵、氯化鐵、硫酸鐵和醋酸鐵中的一種或多種，可溶性鎳鹽選自硝酸鎳、氯化鎳、硫酸鎳和醋酸鎳中的一種或多種，表面活性劑選自聚乙烯吡咯環(huán)酮、十二烷基硫酸鈉、直鏈烷基苯磺酸鈉和烷基醇酰胺中的一種或多種，溶劑選自水、甲醇和乙醇中的一種或多種。
[0031]在發(fā)明的步驟1)中，混合可以是本領(lǐng)域中任何一種常規(guī)的混合方式，如攪拌混合，但是從產(chǎn)率和成本上考慮，優(yōu)選地，混合采用超聲振蕩的方式，并且至少滿足以下條件:超聲頻率為20-22KHZ，混合溫度為20-35°C，混合時間為10_30min。
[0032]在發(fā)明的步驟2)中，各物質(zhì)的用量可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使得氧化還原反應(yīng)能夠充分地進行，優(yōu)選地，以含有3mmol的可溶性鐵鹽的所述鹽溶液為基準，所述還原劑的用量為2-270mmol。
[0033]在發(fā)明的步驟2)中，還原劑的具體種類可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了從成本以及產(chǎn)率考慮，優(yōu)選地，還原劑選自硼氫化鈉、四氫鋁鋰和鈀炭中的一種或多種。更優(yōu)選地，還原劑通過硼氫化鈉溶液中的硼氫化鈉提供，并且硼氫化鈉溶液中硼氫化鈉的濃度為5_50mg/ml。
[0034]在發(fā)明的步驟2)中，氧化還原反應(yīng)的具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使得氧化還原反應(yīng)能夠充分地進行，優(yōu)選地，氧化還原反應(yīng)至少滿足以下條件:反應(yīng)溫度為20-35°C，混合時間為1.5-3h。
[0035]為了提高類銀耳狀的Fe-Ni雙金屬氫氧化物的產(chǎn)率，優(yōu)選地，該氧化還原反應(yīng)在保護氣的存在下進行，更優(yōu)選地，保護氣為氬氣和/或氮氣。
[0036]在發(fā)明的步驟3)中，固液分離可以是本領(lǐng)域中任何一種常規(guī)的固液分離的方式，如過濾、蒸餾，但是為了使得氧化還原反應(yīng)能夠充分地進行，優(yōu)選地，在步驟3)中，固液分離采用過濾的方式進行。
[0037]在發(fā)明的步驟3)中，洗滌的具體步驟可以是本領(lǐng)域中任何一種常規(guī)洗滌方式，但是為了能夠充分地進行稀洗滌，優(yōu)選地，在步驟3)中，洗滌為:先將氣溶膠產(chǎn)物用水洗滌2-4次，然后再用乙醇洗滌2-3次。
[0038]在發(fā)明的步驟3)中，干燥的具體條件可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是從干燥的效果上考慮，優(yōu)選地，干燥至少滿足以下條件:干燥溫度為50-70°C，干燥時間為10-12h。
[0039]在發(fā)明的步驟3)中，研磨的程度可以在寬的范圍內(nèi)選擇，但是為了使得制得的Fe-Ni雙金屬氫氧化物具有更優(yōu)異的0ER催化性能，優(yōu)選地，F(xiàn)e-Ni雙金屬氫氧化物的粒徑為 1-4 μm。<