[发明专利]一种铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂及其制备方法和应用，属于电催化技术领域。通过以泡沫铜为基底材料，经化学氧化反应生成氢氧化铜纳米线后进行电化学还原生成铜纳米线，然后通过电化学沉积在铜纳米线上负载CoNi纳米片，得到所述铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂。通过以多孔结构的泡沫铜作为基底材料，在其表面原位生成铜纳米线后进行负载CoNi纳米片，增大了基底的表面积并保持良好的导电性，同时与贵金属催化剂相比，Co、Ni过渡金属催化剂价格便宜、容易制备、性能优异。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，具体涉及一种铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着能源危机和环境污染的日益加剧，开发新型清洁能源已迫在眉睫。氢气是一种清洁能源，具有较大的应用潜力。电解水制氢是一种新型的制氢技术，该技术具有效率高、环境友好、安全性高等优点，具有广阔的应用前景。目前，电解水制氢技术的关键在于寻找新型高效的催化剂。然而，在实际应用中，现有的催化材料仍面临以下问题：一方面，现有的催化材料一般先制备成催化剂粉末，然后通过粘结剂固定在电极表面，样品易脱落，由于粘结剂的使用影响了催化剂和电解液的充分接触，增大了内阻，影响催化活性和电极的稳定性；另一方面，目前贵金属Pt是活性较高的电解水产氢催化剂，但由于其价格昂贵、储量低等原因，限制了其在工业和商业生产中大规模的应用。因此，制备廉价、高活性、稳定的非贵金属催化剂是非常重要的。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂及其制备方法和应用；选取了具有多孔结构的泡沫铜作为基底材料，在其表面原位生成铜纳米线后负载CoNi纳米片，增大了基底的表面积并保持良好的导电性，同时与贵金属催化剂相比，Co、Ni过渡金属价格便宜、容易制备、性能优异。

本发明的技术方案之一，一种铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂，CoNi纳米片负载在泡沫铜基底材料表面原位生成的铜纳米线上。

进一步地，所述铜纳米线为弯曲结构，Co、Ni摩尔浓度比为1:1，1:2或2:1。

本发明的技术方案之二，上述铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂的制备方法，以泡沫铜为基底材料，经化学氧化反应生成氢氧化铜纳米线后进行电化学还原生成弯曲结构的铜纳米线，然后通过电化学沉积负载CoNi纳米片，得到所述铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂。弯曲结构的铜纳米线，使电极导电性增强，更有助于后续CoNi活性物质的负载。

进一步地，以泡沫铜为基底材料，通过在NaOH和(NH₄)₂S₂O₈的混合溶液a中化学氧化生成氢氧化铜纳米线，然后在Na₂SO₄溶液中电化学还原生成铜纳米线，最后在CoCl₂和NiCl₂混合溶液b中采用循环伏安法进行电化学沉积后洗净干燥，得到铜纳米线负载CoNi纳米片电催化剂。

进一步地，所述混合溶液a中NaOH的浓度为2mol/L，(NH₄)₂S₂O₈的浓度为0.2mol/L；所述Na₂SO₄溶液的浓度为1mol/L；所述混合溶液b中CoCl₂和NiCl₂物质的量浓度比为1:2、2:1或1:1，CoCl₂和NiCl₂在混合溶液b中的总浓度为0.2-0.3mol/L。

进一步地，所述电化学还原的电流密度为-20mA/cm²，电化学还原时间为15min；所述循环伏安法进行电化学沉积条件为：扫描范围0.2到-1.2V，扫速为25mV/s，扫描5-50圈。

进一步地，所述干燥为60℃真空干燥4h。