技术摘要：
本发明涉及析氧催化剂技术领域，且公开了一种三维形貌的NiO‑多孔石墨烯的析氧催化剂，包括以下配方原料及组分：硝酸镍、硝酸铁、碳酸氢钠、多孔石墨烯。该一种三维形貌的NiO‑多孔石墨烯的析氧催化剂，比表面积超高的三维形貌多孔石墨烯内部具有大量的空洞和孔道结构  全部
背景技术：
随着能源危机和环境污染问题日益严峻，开发新型高效的绿色能源成为研究重 点，氢能是世界上最干净的能源，氢气的燃烧产物是水无污染，氢气的燃烧性能优异，燃烧 热值很高，目前工业产氢的方法主要有水煤气制氢、电解水产氢等，其中电解水制氢是一种 应用前景巨大的制氢方法，电解水产氢分为析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，其中析氧反 应由于涉及因其复杂的四电子过程，导致动力学反应缓慢，严重抑制了电解水反应进行。 目前高析氧活性的电催化剂主要是价格昂贵的贵金属Ir，Ru基催化材料，因此需 要开发析氧活性高、析氧过电位低的非贵金属催化剂，如Co9S8、MoS2等过渡金属硫化物；以 及Co3O4、SnO2等过渡金属氧化物等，其中NiO中Ni2 存在的3d轨道使表面形成大量的不饱和 键，对多电子O具有较强的吸附能力，是严重非常具有发展前景的析氧反应催化剂，但是NiO 的导电性能较差，并且NiO催化剂的比表面积不高，活性位点不足，严重影响了析氧反应过 程中的电子转移速率和扩散传质速率，导致析氧过电位较高，不利于析氧反应的进行。 (一)解决的技术问题 针对现有技术的不足，本发明提供了一种三维形貌的NiO-多孔石墨烯的析氧催化 剂及其制法，解决了NiO催化剂的导电性能较差，以及比表面积不高，活性位点不足的问题。 (二)技术方案 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种三维形貌的NiO-多孔石墨烯的 析氧催化剂，包括以下原料及组分：硝酸镍、硝酸铁、碳酸氢钠、多孔石墨烯，质量比为10: 0.6-0.8:80-120:2-5。 优选的，所述三维形貌的NiO-多孔石墨烯的析氧催化剂制备方法如下： (1)向气氛反应装置中加入蒸馏水溶剂、质量比为6-9:0.5-1:0.8-1.5:10十二烷 基硫酸钠和碳酸氢钠，在氮气氛围下缓慢加入过硫酸钾和苯乙烯，加热至60-80℃，匀速搅 拌反应10-20h，将溶液过滤并洗涤固体产物。 (2)将步骤(1)制得的固体产物分散在蒸馏水溶剂中，加入体积比为2.8-3.5:2的 浓硫酸和浓硝酸，在氮气氛围下匀速搅拌反应2-4h，将溶液过滤除去溶剂，使用蒸馏水洗涤 固态产物直至中性。 (3)将步骤(2)制得固态产物分散在物质的量浓度为1.5-2.5mol/L的氢氧化钠溶 液中，在氮气氛围下加入连二亚硫酸，加热至70-80℃，匀速搅拌反应5-10h，将溶液过滤、洗 涤至中性并干燥，制备得到氨基功能化聚苯乙烯微球。 (4)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、羧基化石墨烯和氨基功能化聚苯乙烯微球，搅拌 均匀后进行超声分散处理3-5h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体混合物置于气氛炉中并通 入氩气，升温速率为2-5℃/min，升温至520-550℃，保温处理3-4h，再升温至750-800℃，保 3 CN 111545207 A 说　明　书 2/7 页 温煅烧1-1.5h，将煅烧产物置于水热反应釜中，在160-200℃下反应20-30h，制备得到三维 形貌的多孔石墨烯。 (5)向反应瓶中加入复合溶剂和多孔石墨烯，超声分散均匀后加入硝酸镍，匀速搅 拌2-5h，再缓慢滴加碳酸氢钠水溶液，匀速搅拌反应20-60min，再缓慢滴加硝酸铁水溶液， 匀速搅拌反应6-10h，将溶液真空干燥除去溶剂，使用蒸馏水洗涤固体产物，干燥后置于气 氛炉中，在氮气氛围下升温速率为1-3℃/min，升温至340-380℃，保温煅烧2-3h，制备得到 三维纳米花状Fe掺杂NiO负载多孔石墨烯，即为三维形貌的NiO-多孔石墨烯的析氧催化剂。 优选的，所述步骤(1)中的气氛反应装置包括进气泵、进气泵活动连接有进气阀、 进气阀活动连接有导气管、导气管与出气阀活动连接，出气阀活动连接有收集气泵、导气管 表面设置有大气孔、气孔外部设置有移动板、移动板表面设置有小气孔、移动板活动连接有 滑轮、滑轮与滑轨活动连接、滑轨固定连接有反应室、反应室内壁固定连接有加热圈、反应 室内部设置有底座、底座上方设置有反应瓶。 优选的，所述步骤(4)中羧基化石墨烯的羧基含量为3-5％，羧基化石墨烯和氨基 功能化聚苯乙烯微球的质量比为1-3:1。 优选的，所述步骤(5)中的复合溶剂为蒸馏水和乙醇混合溶剂，体积比为8-15:1。 (三)有益的技术效果 与现有技术相比，本发明具备以下有益的技术效果： 该一种三维形貌的NiO-多孔石墨烯的析氧催化剂，羧基化石墨烯的羧基在水中电 离出氢离子，氨基功能化聚苯乙烯微球含有大量的氨基，与氢离子结合形成正电荷NH 3 ，再 与羧基化石墨烯表面的带负电荷的COO-产生正负电荷吸引，使石墨烯均匀包覆住氨基功能 化聚苯乙烯微球，以聚苯乙烯微球作为模板剂，通过高温热裂解使石墨烯内部产生大量的 空洞和孔道结构，形成三维形貌的多孔石墨烯，具有超高的比表面积，再以蒸馏水和乙醇作 为复合溶剂，乙醇在反应过程中起到表面活性剂的作用，通过原位生长法，在多孔石墨烯巨 大的比表面积和丰富的孔道结构中，生成纳米花状结构的Fe掺杂NiO，减少了Fe掺杂NiO纳 米花团聚的现象，使催化剂呈现出三维层状形貌，比表面积巨大，丰富的孔道结构促进了与 电解液的润湿性，从而暴露出大量的电化学活性位点。 该一种三维形貌的NiO-多孔石墨烯的析氧催化剂，导电性能优异的石墨烯与Fe掺 杂NiO之间形成三维导电网络，促进了电子的传输和扩散，增强了催化剂的导电性能，Fe掺 杂NiO中Fe3 取代了部分Ni2 的晶格，产生了大量的缺陷位点，提高了NiO表面的空穴浓度， 增强了NiO对O的吸附能力，在协同作用下使催化剂具有较低的过电位和良好的析氧活性。 附图说明 图1是反应室正面示意图； 图2是移动板局部放大示意图； 图3是移动板调节示意图。 1、进气泵；2、进气阀；3、导气管；4、出气阀；5、收集气泵；6、大气孔；7、移动板；8、小 气孔；9、滑轮；10、滑轨；11、反应室；12、加热圈；13、底座；14、反应瓶。 4 CN 111545207 A 说　明　书 3/7 页
技术实现要素：
为实现上述目的，本发明提供如下