本發(fā)明屬于電化學(xué)催化，尤其涉及一種鈷鐵摻雜bi2o3復(fù)合氧化石墨烯的oer催化劑的制備方法。

背景技術(shù)：

1、氫氣具有較高的燃燒熱值，且燃燒產(chǎn)物無污染，是人們解決能源問題的重要燃料。制氫環(huán)節(jié)是氫產(chǎn)業(yè)鏈的重要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，如何清潔高效制取氫氣是綠色利用氫能的關(guān)鍵。通過與綠色發(fā)電技術(shù)相結(jié)合，電解水制氫可以實(shí)現(xiàn)完全無碳化制氫，被認(rèn)為是最具潛力的制氫方法之一。從原理上來看，電解水制氫涉及到兩個(gè)半反應(yīng)，其中陽極析氧反應(yīng)(oer)由于涉及大量反應(yīng)中間體的吸附和解吸過程，以及反應(yīng)整體涉及4個(gè)電子轉(zhuǎn)移步驟，被認(rèn)為是電解水制氫反應(yīng)的主要限速步驟。然而，成本高昂的oer催化劑以及較低的制氫效率限制了電解水制氫的進(jìn)一步發(fā)展。

2、oer催化劑根據(jù)催化劑中所含的元素種類，主要分為貴金屬基催化劑以及非貴金屬基催化劑。目前商用的oer催化劑主要為貴金屬基催化劑，如二氧化銥、二氧化釕等貴金屬氧化物。因?yàn)橘F金屬基催化劑大多具有良好的電子結(jié)構(gòu)，對(duì)反應(yīng)中間體的吸附能適中，在反應(yīng)中間體吸附過程中僅有極小的反應(yīng)勢(shì)壘，因此在oer反應(yīng)中具有較高的催化效率。然而由于貴金屬的豐度低儲(chǔ)量少，貴金屬基催化劑一般都價(jià)格高昂，不利于電解水制氫的大規(guī)模應(yīng)用，因此，開發(fā)高效、價(jià)格低廉、穩(wěn)定性好的非貴金屬基oer催化劑具有重要意義。

3、公開號(hào)為cn117966198a的中國專利申請(qǐng)公開了一種新型的金屬-碳-氮復(fù)合材料oer催化劑及其制備方法，通過在fe-c3n4表面生長氧化鈷顆粒，構(gòu)建了具有低過電位的非貴金屬基oer催化劑，oer性能測(cè)試顯示其在10macm-2的電流密度下表現(xiàn)出相當(dāng)?shù)偷膐er過電位，僅為361mv。并且該催化劑具有良好的穩(wěn)定性，在經(jīng)歷了1000次的循環(huán)伏安測(cè)試后過電位僅增加了6mv。但是相比于貴金屬催化劑的oer性能仍具有一定差距。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出了一種鈷鐵摻雜bi2o3復(fù)合氧化石墨烯的oer催化劑的制備方法，所述制備方法利用鈷鐵摻雜bi2o3納米線與具有大表面積的氧化石墨烯復(fù)合形成了具有大量緊密的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的非貴金屬基oer催化劑。該非貴金屬基oer催化劑能夠促進(jìn)鈷、鐵、氧元素之間的電子轉(zhuǎn)移，提高oer過程中的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率，因此不僅具有低oer過電位和塔菲爾(tafel)斜率而且具有優(yōu)秀的穩(wěn)定性。本發(fā)明旨在通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)的改性手段改善現(xiàn)有非貴金屬基oer催化劑與貴金屬基oer催化劑的性能存在差距問題。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種鈷鐵摻雜bi2o3復(fù)合氧化石墨烯的oer催化劑的制備方法，包括以下步驟：

4、步驟s1：將磷鉬酸(h3[p(mo3o10)4])溶解于去離子水中，加入六水硝酸鈷(co(no3)2·6h2o)、九水硝酸鐵(fe(no3)3·9h2o)和五水硝酸鉍(bi(no3)3·5h2o)，攪拌得到金屬前驅(qū)體溶液a；

5、步驟s2：將金屬前驅(qū)體溶液a和1-十八烯攪拌均勻，再加入油胺得到反應(yīng)前驅(qū)體溶液b；

6、步驟s3：對(duì)反應(yīng)前驅(qū)體溶液b進(jìn)行水熱反應(yīng)，并對(duì)固體產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌得到鈷鐵摻雜納米線cofe-bi2o3-pma；

7、步驟s4：將cofe-bi2o3-pma分散在環(huán)己烷中形成納米線分散液；

8、步驟s5：將納米線分散液與氧化石墨烯去離子水分散液混合攪拌，得到反應(yīng)前驅(qū)體溶液c；

9、步驟s6：對(duì)反應(yīng)前驅(qū)體溶液c進(jìn)行水熱反應(yīng)，并對(duì)固體產(chǎn)物進(jìn)行離心洗滌得到基于鈷鐵摻雜bi2o3納米線復(fù)合氧化石墨烯的非貴金屬基oer催化劑。

10、優(yōu)選的，所述步驟s1中攪拌采用磁力攪拌或機(jī)械攪拌。

11、優(yōu)選的，所述步驟s3的水熱反應(yīng)在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時(shí)間為8h。

12、優(yōu)選的，所述步驟s3中離心洗滌所用溶劑為環(huán)己烷和無水乙醇，離心速率為10000rpm，離心時(shí)間為3min，離心洗滌次數(shù)為3次。

13、優(yōu)選的，所述步驟s4具體包括：將cofe-bi2o3-pma分散在3.5ml環(huán)己烷中形成濃度為15mg?ml-1的納米線分散液。

14、優(yōu)選的，所述步驟s5中納米線分散液與氧化石墨烯去離子水分散液相同，攪拌采用磁力攪拌或機(jī)械攪拌。

15、優(yōu)選的，所述步驟s6的水熱反應(yīng)在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為120℃，反應(yīng)時(shí)間為2h。

16、優(yōu)選的，所述步驟s1中磷鉬酸的質(zhì)量為0.8g，去離子水的體積為16ml，六水硝酸鈷、九水硝酸鐵和五水硝酸鉍的質(zhì)量分別為0.12g，0.03g和0.05g。

17、優(yōu)選的，所述步驟s2中1-十八烯的體積為10ml，攪拌時(shí)間為10min，油胺的體積為6ml。

18、優(yōu)選的，所述步驟s6中離心洗滌所用溶劑為環(huán)己烷和無水乙醇，離心速率為10000rpm，離心時(shí)間為3min，離心洗滌次數(shù)為3次。

19、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

20、1.本發(fā)明提出了一種鈷鐵摻雜bi2o3復(fù)合氧化石墨烯的oer催化劑的制備方法，該制備方法通過二次水熱法得到鈷鐵摻雜bi2o3納米線復(fù)合氧化石墨烯的非貴金屬基oer催化劑。所述非貴金屬基oer催化劑具有優(yōu)秀的oer催化活性，達(dá)到10macm-2的電流密度只需要334mv的過電位，對(duì)應(yīng)的tafel斜率為68mv?dec-1。此外，穩(wěn)定性測(cè)試顯示，非貴金屬基oer催化劑具有良好的穩(wěn)定性。

21、2.本發(fā)明制備的非貴金屬基oer催化劑中存在緊密的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了鈷、鐵、氧元素之間的電子轉(zhuǎn)移，增強(qiáng)了元素之間的協(xié)同作用，為通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)的改性手段提高非貴金屬基oer催化劑的性能，縮小與貴金屬基催化劑性能之間的差距提供了參考，具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種鈷鐵摻雜bi2o3復(fù)合氧化石墨烯的oer催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中攪拌采用磁力攪拌或機(jī)械攪拌。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s3的水熱反應(yīng)在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時(shí)間為8h。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中離心洗滌所用溶劑為環(huán)己烷和無水乙醇，離心速率為10000rpm，離心時(shí)間為3min，離心洗滌次數(shù)為3次。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s4具體包括：將cofe-bi2o3-pma分散在3.5ml環(huán)己烷中形成濃度為15mg?ml-1的納米線分散液。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中納米線分散液與氧化石墨烯去離子水分散液相同，攪拌采用磁力攪拌或機(jī)械攪拌。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s6的水熱反應(yīng)在鼓風(fēng)干燥箱中進(jìn)行，反應(yīng)溫度為120℃，反應(yīng)時(shí)間為2h。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中磷鉬酸的質(zhì)量為0.8g，去離子水的體積為16ml，六水硝酸鈷、九水硝酸鐵和五水硝酸鉍的質(zhì)量分別為0.12g，0.03g和0.05g。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s2中1-十八烯的體積為10ml，攪拌時(shí)間為10min，油胺的體積為6ml。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s6中離心洗滌所用溶劑為環(huán)己烷和無水乙醇，離心速率為10000rpm，離心時(shí)間為3min，離心洗滌次數(shù)為3次。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于電化學(xué)催化技術(shù)領(lǐng)域，提出一種鈷鐵摻雜Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;復(fù)合氧化石墨烯的OER催化劑的制備方法。所述制備方法利用鈷鐵摻雜Bi<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;納米線與具有大表面積的氧化石墨烯復(fù)合形成了具有大量緊密的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的非貴金屬基OER催化劑。該非貴金屬基OER催化劑能夠促進(jìn)鈷、鐵、氧元素之間的電子轉(zhuǎn)移，提高OER過程中的電極反應(yīng)動(dòng)力學(xué)速率，因此不僅具有低OER過電位和塔菲爾(Tafel)斜率而且具有優(yōu)秀的穩(wěn)定性。本發(fā)明通過構(gòu)建異質(zhì)結(jié)構(gòu)的改性手段改善現(xiàn)有非貴金屬基OER催化劑與貴金屬基OER催化劑的性能存在差距問題。

技術(shù)研發(fā)人員：楊圣雪,黃靈芝
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京航空航天大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/22