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一种Ni-Fe催化剂及其制备方法与应用


技术摘要:
本发明公开了一种Ni-Fe催化剂的制备方法,包括:步骤1:将泡沫镍基底和碳纸裁剪,依次用丙酮、乙醇、去离子水清洗、烘干备用;步骤2:分别配置的硝酸铁与硝酸镍溶液备用;步骤3:分别将步骤2中硝酸铁溶液与硝酸镍溶液加入乙二醇中,再加入去离子水与氟化铵;超声分散,  全部
背景技术:
电催化氧化水(OER)是电化学领域中一个至关重要的反应。是电解水制备氢气,电 化学还原二氧化碳制备碳氢化合物,电化学还原氮气合成氨的阳极反应。以IrO2为代表的 贵金属催化剂被认为是最好的析氧反应催化剂,但是其价格昂贵,并且在碱性环境性稳定 性较差,不足以在大电流电解条件下长时间稳定工作。另外,由于OER是四电子过程,动力学 缓慢,过电位较高。因此,能耗、生产效率、成本等因素限制了这类催化剂的广泛应用。
技术实现要素:
本发明的目的是为了解决现有电催化剂制作成本高,过电势较高,难以长期高效 率电解等问题,提供了一种高效的电解水催化剂以及快速高效制备廉价的制备方法。 为了达到上述目的,本发明提供了一种Ni-Fe催化剂的制备方法,其特征在于,包 括以下步骤: 步骤1:将泡沫镍基底(但不仅限于泡沫镍)和碳纸裁剪,依次用丙酮、乙醇、去离子 水清洗、烘干备用; 步骤2:分别配置的硝酸铁与硝酸镍溶液备用; 步骤3:分别将步骤2中硝酸铁溶液与硝酸镍溶液加入乙二醇中,再加入去离子水 与氟化铵;超声分散,形成均一的前驱体溶液; 步骤4:将干净的泡沫镍作为阴极,碳纸作为阳极,放入已经预热至40~45℃的前 驱体溶液中,静置; 步骤5:保持阴极与阳极固定,两端利用稳压电源施加电压,优选电沉积时间为 5min; 步骤6:将沉积上黑色催化剂的泡沫镍取下,浸泡在无水乙醇中清洗,取出,干燥, 即得NiFe催化剂。 优选地,所述步骤2中硝酸铁溶液与硝酸镍溶液浓度均优选为305~315mmol/L。 优选地,所述步骤3中硝酸铁溶液、硝酸镍溶液、去离子水与乙二醇的体积比为 0.7:0.7:0.7:100,所述前驱体溶液中氟化铵的浓度为1.08~1.12mg/mL。 本发明还提供了上述方法制备的Ni-Fe催化剂。 本发明还提供了上述Ni-Fe催化剂在碱性OER反应中的应用。 本发明的有益效果: 1、本发明的Ni-Fe基催化剂应用于碱性OER反应,并性能优异,可高效电解水; 2、本发明的在1M  KOH中的OER在10mA/cm2的过电位仅为220~230mV,100mA/cm2的 过电位为255~266mV,性能远优于商业化的RuO2,IrO2. 3、本发明所制备的催化剂表现出优异的稳定性,在100mA/cm2以及500mA/cm2条件 3 CN 111569884 A 说 明 书 2/3 页 下,连续电解55h,没有表现出明显的衰退现象。 4、本发明用于制备催化剂的原料均为廉价原料,制备方法简单高效,提高了电极 制备的效率的同时极大地降低了电极制备的成本,十分有利于工业化应用。 附图说明 图1为本发明实施例1制备的Ni-Fe催化剂的XED图以及泡沫镍基底的XRD图; 图2为本发明实施例1制备的Ni-Fe催化剂的XPS图; 图3为本发明实施例1制备的Ni-Fe催化剂的SEM图以及泡沫镍的SEM图; 图4为本发明实施例1制备的Ni-Fe催化剂的在恒电位电解前后的CV图,电解液为 1M  KOH,扫描速度为5mV/s; 图5为本发明实施例1制备的Ni-Fe催化剂的在1M  KOH电解液中恒电流电解曲线。
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