阅读说明：本技术 一种利用水熔盐法在基底上生长一维纳米棒状结构材料的方法 (Method for growing one-dimensional nano rod-shaped structure material on substrate by using water molten salt method ) 是由 雷鸣 黄凯 毕科 郭帅 吴宇峰 于 2020-04-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种利用水熔盐法在基底(泡沫镍、钢网、钛网、钼网、碳纤维布等)上生长一维纳米棒状结构材料的方法,属于材料科学与工程技术和化学领域。本发明制备的一维纳米棒状结构材料涉及的金属有Ni、Co、Fe、Mn、Cu、Mo、W、Nb、Ru、Rh、Pd等元素。首先,把一定量的化学试剂A和B溶入一定量的去离子水中,配置成一定浓度的反应物溶液C,再把事先清洗干净的基底浸入上述溶液C中,然后在一定温度下加热数个小时得到最终产物。本方法具有操作简单、效率高、应用范围广等优点。(The invention relates to a method for growing a one-dimensional nano rod-shaped structure material on a substrate (such as foamed nickel, a steel mesh, a titanium mesh, a molybdenum mesh, carbon fiber cloth and the like) by using a water molten salt method, belonging to the field of material science, engineering technology and chemistry. The metal related to the one-dimensional nano rod-shaped structure material prepared by the invention comprises elements such as Ni, Co, Fe, Mn, Cu, Mo, W, Nb, Ru, Rh, Pd and the like. Firstly, dissolving a certain amount of chemical reagents A and B into a certain amount of deionized water to prepare a reactant solution C with a certain concentration, then soaking a substrate cleaned in advance into the reactant solution C, and then heating for a plurality of hours at a certain temperature to obtain a final product. The method has the advantages of simple operation, high efficiency, wide application range and the like.)

一种利用水熔盐法在基底上生长一维纳米棒状结构材料的 方法

(2)技术领域

本发明涉及利用水熔盐法在基底上生长一维纳米棒状结构材料的方法，属于材料科学与工程技术和化学领域。

(3)背景技术

氢能被认为是最清洁，最有希望的可持续能源之一，现有技术中，电化学水分解是大规模制氢的有效方法。整个水分解过程包括两个半反应：阴极上的氢逸出反应(HER)和阳极上的氧逸出反应(OER)。贵金属Pt和IrO₂(或RuO₂)已分别被确定为HER和OER最具活性的电催化剂。然而，它们的高成本，稀缺性和稳定性差等缺点阻碍了它们的大规模应用。因此，当前的研究主要集中在开发具有高催化活性和低成本的电催化剂身上。到目前为止，一些过渡金属化合物的磷化物，硫化物，碳化物和氮化物的HER性能，以及氧化物，氮化物和氢氧化合物的OER性能都已经报道出来了。但是，这些电催化剂的催化活性需要进一步提高，因为上述大多数电催化剂不能在同一电解质中用于HER和OER的双功能电催化。

对于电极的制备，大多数人是采用聚偏氟乙烯(PVDF)和Nafion等粘结剂将电催化剂附着和固定在集流器上来进行电化学性能测试。但是，粘附剂会阻碍活性部位与电解液的接触，致使电导率降低，从而抑制了电催化剂的催化作用性能。此外，在高电流密度下，电极上的催化剂会容易发生脱层，导致催化稳定性变差。一个关键和有效的策略来解决这些问题是直接在导电基材上生长电催化剂，如碳纤维布(CFC)和泡沫镍(NF)等基底。

碳酸金属氢氧化物和硝酸金属氢氧化物等碱性盐，因为其在电催化方面的优异性能引起了人们的广泛关注，尤其是硝酸盐化合物。硝酸金属氢氧化合物在OER性能方面已显示出了巨大的潜力，但其在HER方面的性能不是很好。从热力学和动力学角度来看，可以通过往硝酸盐溶液中加入少量的高价态Mo、W、Nb、Ru、Rh、Pd等元素，可以有效的解决其在HER方面性能表现不足的问题，同时我们也发现其在OER性能方面也提升了很多。此外，硝酸金属盐通常拥有较低的熔点，可以通过一个温和的自我分解过程使其转化为硝酸盐氢氧根。

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1、本发明的目标

本发明的目的是提出一种利用水熔盐法在基底上生长一维纳米棒状结构材料的方法。通过往Ni、Co、Fe、Mn和Cu等元素的硝酸盐溶液中加入少量Mo、W、Nb、Ru、Rh、Pd等高价态铵盐，并利用水熔盐法在泡沫镍等基底上生长一维纳米棒状结构材料。该材料在OER和HER方面表现出优异的电化学性能。另外，我们通过测量材料的时间-电流和CV曲线发现其也拥有稳定的电化学催化性能。

2、本技术的发明要点

本发明要点如下：

(1)用金属硝酸盐溶液和溶剂配置成质量-体积浓度为0.1–0.2g/ml的反应物溶液A，并把该溶液倒入圆底锥形瓶中，所述的金属硝酸盐元素为Ni、Co、Fe、Mn、Cu，所述的溶剂为去离子水。

(2)向溶液A中加入质量为0.2–0.3g的高价金属铵盐，并使用超声水槽将溶液超声至无沉淀状态，所述高价金属铵盐元素为Mo、W、Nb、Ru、Rh、Pd。

(3)将圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中，在一定温度下加热20min；然后把清洗干净的基底放入上述圆底锥形瓶中，并以上述相同温度再加热一定时间，反应温度为65–125℃，反应时间为0.3–10h。

本发明提出的利用水熔盐法在基底上生长一维纳米棒状结构材料的方法，其优势：这种方法适用范围广泛，可以合成多金属材料，如Ni、Co、Fe、Mn、Cu等，同时这种方法也适合多种基底，比如泡沫镍、钛网、钢网、镍网、碳纤维布等，且合成出来的材料结构坚固，导热性和导电性良好，化学性能稳定，合成工艺简单，可以应用于大规模生产。

(5)本发明的附图

图1中a和b分别是本发明方法制备的材料的扫描和透射电子显微镜图。

(6)本发明实施例

以下介绍本发明方法的实施例：

实施例1

Ni-Mo/NF的制备

首先，将六水合硝酸镍和去离子水充分混合，配置成0.167g/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的四水合钼酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至125℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在125℃条件下再加热10h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例2

Ni-W/NF的制备

首先，将六水合硝酸镍和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的钨酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至125℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在125℃条件下再加热10h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例3

Ni-Nb/NF的制备

首先，将六水合硝酸镍和去离子水充分混合，配置成0.167g/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的铌酸铵草酸盐水合物，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至125℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在125℃条件下再加热10h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例4

Co-Mo/NF的制备

首先，将六水合硝酸钴和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的四水合钼酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至85℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在85℃条件下再加热4h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例5

Co-W/NF的制备

首先，将六水合硝酸钴和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的钨酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至85℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在85℃条件下再加热4h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例6

Co-Nb/NF的制备

首先，将六水合硝酸钴和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的铌酸铵草酸盐水合物，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至85℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在85℃条件下再加热4h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例7

Mn-Mo/NF的制备

首先，将六水合硝酸锰和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的四水合钼酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至65℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在65℃条件下再加热2h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例8

Mn-W/NF的制备

首先，将六水合硝酸锰和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的钨酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至65℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在65℃条件下再加热2h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例9

Mn-Nb/NF的制备

首先，将六水合硝酸锰和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的铌酸铵草酸盐水合物，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至65℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在65℃条件下再加热2h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例10

Fe-Mo/NF的制备

首先，将九水合硝酸铁和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的四水合钼酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至110℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在110℃条件下再加热4h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例11

Fe-W/NF的制备

首先，将硝酸铁和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的钨酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至110℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在110℃条件下再加热4h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例12

Fe-Nb/NF的制备

首先，将硝酸铁和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的铌酸铵草酸盐水合物，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至110℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在110℃条件下再加热4h。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例13

Cu-Mo/NF的制备

首先，将三水合硝酸铜和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的四水合钼酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至140℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在140℃条件下再加热30min。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例14

Cu-W/NF的制备

首先，将三水合硝酸铜和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的钨酸铵，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至140℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在140℃条件下再加热30min。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。

实施例15

Cu-Nb/NF的制备

首先，将三水合硝酸铜和去离子水充分混合，配置成0.167mg/ml的混合溶液A并倒入圆底锥形瓶中，然后向圆底锥形瓶中加入少量的铌酸铵草酸盐水合物，并将锥形瓶放入超声水槽中超声至溶液没有沉淀物为止；紧接着把圆底锥形瓶放入鼓风干燥机中加热至140℃，并保温20min，之后把清洗干净的一定大小的泡沫镍放入圆底锥形瓶中，最后在140℃条件下再加热30min。待反应结束之后，使用去离子水把泡沫镍表面没有反应的化学试剂清洗干净，并放入真空干燥箱中烘干。