[发明专利]一种高效氧气释放电催化剂的制备方法

说明书

本发明属于电催化水分解析氧的技术领域，具体的涉及一种高效氧气释放电催化剂的制备方法。该种高效氧气释放电催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)合成ZIF‑67；(2)合成AC‑FeCoNi；(3)合成Co SAs/AC‑FeCoNi。该制备方法简单，有效，易于操作。制备所得的Co SAs/AC‑FeCoNi具有高导电性和高比表面积，且具有稳定的三维结构。

技术领域

本发明属于电催化水分解析氧的技术领域，具体的涉及一种高效氧气释放电催化剂的制备方法。

背景技术

高效的析氧(OER)电催化剂对于各种能量储存和转换十分重要，如电化学水电解和金属-空气电池。然而由于其复杂的多电子过程和缓慢的动力学，需要开发高活性、高电流密度且高稳定性的OER电催化剂。迄今为止，最常用的OER催化剂是贵金属基材料(即RuO₂)，但是因成本高限制了其工业化发展。

单原子催化剂的活性极大地受到载体材料的影响，因为稳定单原子的配位环境高度依赖于载体上缺陷位点的局部电子结构。目前有各种单原子的负载材料，如氮掺杂碳、金属氧化物、金属-有机骨架和层状双氢氧化物(LDH)等。铁、钴、镍作为重要的过渡族金属元素，价格低廉，广泛应用于制备各种电解水析氧催化剂。然而常规的铁、钴、镍非贵金属催化剂由于比表面积小等原因，催化性能并不突出。非晶材料虽然兼具非晶和纳米材料的优势，包括各向同性、活性位点多且分布均匀、比表面积大等，能够提升非贵金属电解水的催化活性，并且对OER具有低过电位，但是与晶体材料相比，非晶材料暴露于强腐蚀和氧化环境中往往存在不稳定性问题。因此亟需解决如何平衡和优化非晶材料的稳定性和活性。

发明内容

本发明的目的在于针对上述存在的缺陷而提供一种高效氧气释放电催化剂的制备方法，该制备方法简单，有效，易于操作。制备所得的Co SAs/AC-FeCoNi具有高导电性和高比表面积，且具有稳定的三维结构。

本发明的技术方案为：一种高效氧气释放电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)合成ZIF-67：首先将六水合硝酸钴去离子水溶液与2-甲基咪唑去离子水溶液混合，搅拌均匀后在室温下静置，洗涤、离心收集紫色沉淀，并干燥得到ZIF-67；

(2)合成AC-FeCoNi：首先将NiCl₂·6H₂O和FeCl₂溶解于甲醇中，得到溶液A；将步骤(1)所得的ZIF-67纳米立方体在超声条件下分散于甲醇中得到溶液B；然后将溶液A加入至溶液B中，在室温下搅拌均匀后转移至高压釜中，在120℃～150℃下加热1h，离心收集产物，洗涤，干燥，得到具有核壳结构的层状双氢氧化物AC-FeCoNi；

(3)合成Co SAs/AC-FeCoNi：首先将步骤(2)所得AC-FeCoNi分散于甲醇/氨水溶液中得到AC-FeCoNi溶液；将CoCl₂·6H₂O溶解于甲醇中得到六水合氯化钴甲醇溶液；在室温连续搅拌条件下，逐滴将六水合氯化钴甲醇溶液加入至AC-FeCoNi溶液中得到混合溶液；然后将混合溶液在室温下超声处理后，在50℃～60℃下进一步加热10小时；最后通过离心收集产物，洗涤，干燥，得到Co SAs/AC-FeCoNi。

所述步骤(1)中六水合硝酸钴去离子水溶液为0.291～0.582g；2-甲基咪唑去离子水溶液为4.54～9.08g。

所述步骤(1)中静置至少3小时；采用甲醇洗涤；在-50℃～-80℃下冷冻干燥12小时。

所述步骤(2)中NiCl₂·6H₂O为190.1～383mg，FeCl₂为25.4～50.9mg，两者溶解于20～40mL甲醇中；ZIF-67为50～100mg，溶解于10～20mL甲醇中。