阅读说明：本技术 一种V2O3@Ni双功能复合电催化剂的制备方法 (v-shaped groove2O3Preparation method of @ Ni difunctional composite electrocatalyst ) 是由 黄剑锋 李帅楠 冯亮亮 曹丽云 冯永强 张晓� 肖婷 牛梦凡 于 2019-09-30 设计创作，主要内容包括：一种V_2O_3@Ni双功能复合电催化剂的制备方法,包括以下步骤：将尿素、氧化三异丙醇钒、六水合硝酸镍的原料按照一定的质量化学组分进行配比并研磨,过筛得混合物,将混合物加入50-60ml超纯水搅拌均匀,加热至180-220℃进行水热反应,反应结束后自然冷却至室温,经过多次水和醇的交替清洗后,收集产物并进行烘干,烘干后的物质研磨得到目标产物V_2O_3@Ni。本发明采用高效、简单和低成本的水热法制备V_2O_3@Ni,制备出的V_2O_3@Ni具有粒径均匀、结构特殊,层之间存在空隙,比表面积较大,有效地提高了导电性,从而提升了电解水析氢产氧的性能。该发明制备工艺简单,条件易于控制,生产成本低,易于工业化生产。(v-shaped groove 2 O 3 the preparation method of the @ Ni bifunctional composite electrocatalyst comprises the following steps of: proportioning and grinding raw materials of urea, triisopropanol vanadium oxide and nickel nitrate hexahydrate according to certain mass chemical components, sieving to obtain a mixture, adding 50-60ml of ultrapure water into the mixture, uniformly stirring, heating to 180-220 ℃ for hydrothermal reaction, naturally cooling to room temperature after the reaction is finished, alternately cleaning water and alcohol for multiple times, collecting and drying the product, and grinding the dried product to obtain a target product V 2 O 3 @ Ni. The invention adopts a high-efficiency, simple and low-cost hydrothermal method to prepare V 2 O 3 @ Ni, V prepared 2 O 3 The @ Ni has the advantages of uniform particle size, special structure, gaps between layers and large specific surface area, and effectively improves the conductivity, thereby improving the performance of hydrogen evolution and oxygen generation by electrolysis. The preparation method has the advantages of simple preparation process, easily controlled conditions, low production cost and easy industrial production.)

一种[email protected]双功能复合电催化剂的制备方法

技术领域

本发明属于电解水催化剂技术领域，具体涉及一种V₂O₃@Ni双功能复合电催化剂的制备方法。

背景技术

随着时代与科技的进步，我们对新能源的探索与开发也应当与时俱进，新能源包括地热能、核能、太阳能、生物质能、风能、氢能等，其中电解水制氢制氧是当前研究的一大热门。

电催化分解水技术由于其工艺设备简单，它是一项开发可持续清洁能源的最有潜力的技术，也是科研领域研究的一个重要方向。Pt、Pd等铂系贵金属是目前发现的最好的电解水析氢的催化剂，但是由于其价格昂贵、地球储量低、易毒化等原因，使其很难被广泛地应用于大规模的工业化生产中，因而寻找替代性电解水催化剂成为了这一领域的一个重要课题。有人证明了V-O可以作为一种有效的HER活性成分，尽管其真正的活性中心仍然不清楚。再者，镍是一种典型的析氢电催化剂，引入外来原子或活性组分通过电子调控或协同催化作用可以增强镍的HER活性。V-O材料可能是协同促进Ni的HER催化活性的新候选者。但是现有技术中的固相法存在能耗大、效率低，易混入杂质等缺点。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种制备工艺简单，能耗低，污染小的V₂O₃@Ni双功能复合电催化剂的制备方法，由该方法制备的V₂O₃@Ni双功能复合电催化剂具有良好的稳定性能和循坏性能。

本发明是通过以下技术方案实现的：

步骤1：将尿素、氧化三异丙醇钒、六水合硝酸镍按(6-8)：(1-3)：(4-6)的质量比进行配料，形成混合物；

步骤2：取10-15mg步骤1的混合物研磨后过60目筛倒入反应釜内衬中，加入50-60ml超纯水搅拌均匀，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中；

步骤3：加热至180-220℃进行水热反应，反应结束后自然冷却到室温；

步骤4：将自然冷却到室温的产物取出，经过水和醇的交替清洗后收集；

步骤5：将收集到的产物放入烘箱中烘干，烘干后的物质研磨得到目标产物V₂O₃@Ni。

所述步骤2在搅拌机上搅拌20-30min。

所述步骤3中水热反应时间为24-48h。

所述步骤4经过3次水和醇的交替清洗。

所述步骤5的烘干温度为60-80℃，时间为6-8小时。与现有技术相比，本发明的制备方法具有以下有益效果：

镍是一种典型的析氢电催化剂，本发明引入矾原子通过电子调控或V-O协同催化可以增强镍的HER活性，有效的避免了片状的堆叠，提高了它的比表面积和介孔密度，可提供更多的活性位点，可增加超级电容器的比电容。本发明采用高效、简单和低成本的水热法制备V₂O₃@Ni，制备时制备出的V₂O₃@Ni具有粒径均匀、结构特殊，层之间存在空隙，比表面积较大的特征，在水裂解及相关应用方面有很大的潜力，在其表面可快速形成特殊形貌的结晶晶花，具有超电势小，寿命长，塔菲尔斜率小等特点，有效地提高了导电性，从而提升了电解水析氢产氧的性能，可广泛应用于工业电解水的优良电催化剂，该催化剂可以为电解水提供一种清洁，可持续的能源，能够解除高成本的铂基材料广泛应用于工业中这一障碍。本发明制备的V₂O₃@Ni电催化剂，不含贵金属，用廉价的镍源代替一些贵金属，环境友好，制备工艺简单，条件易于控制，生产成本低，易于工业化生产。

附图说明

图1为实施例6所制备的纳米V₂O₃@Ni的XRD图谱。

图2为实施例6所制备的纳米V₂O₃@Ni的SEM图。

图3为实施例6所制备纳米V₂O₃@Ni的产氢性能图。

图4为实施例6所制备的纳米V₂O₃@Ni的产氧性能图。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

实施例1：

步骤1：将尿素、氧化三异丙醇钒、六水合硝酸镍的原料按照6：1：4的质量比进行配料，形成混合物；

步骤2：取10mg步骤1的混合物研磨后过60目筛后倒入反应釜内衬中，加入50mL超纯水，置于搅拌机上搅拌20min，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中；

步骤3：加热至180℃进行水热反应48h，反应结束后自然冷却到室温；

步骤4：将自然冷却到室温的产物取出，经过3次水和3次醇交替清洗后收集产物；

步骤5：将收集到的产物放入烘箱中，在60℃干燥8h，烘干研磨得到目标产物V₂O₃@Ni。

实施例2:

步骤1：将尿素、氧化三异丙醇钒、六水合硝酸镍的原料按照7：2：5的质量比进行配料，形成混合物；

步骤2：取13mg步骤1的混合物研磨后过60目筛倒入反应釜内衬中，加入53ml超纯水搅拌均匀，置于搅拌机上搅拌25min，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中；

步骤3：加热至200℃进行水热反应36h，反应结束后自然冷却到室温；

步骤4：将自然冷却到室温的产物取出，经过3次水和3次醇交替清洗后收集产物；

步骤5：将收集到的产物放入烘箱中，在70℃干燥7h，研磨得到目标产物V₂O₃@Ni。

实施例3：

步骤1：将尿素、氧化三异丙醇钒、六水合硝酸镍的原料按照8：3：6的质量比进行配料，形成混合物；

步骤2：取15mg步骤1的混合物研磨后过60目筛后倒入反应釜内衬中，加入58mL超纯水，置于搅拌机上搅拌28min，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中；

步骤3：加热至190℃进行水热反应42h，反应结束后自然冷却到室温；

步骤4：将自然冷却到室温的产物取出，经过3次水和3次醇交替清洗后收集产物；

步骤5：将收集到的产物放入烘箱中，在60℃干燥6h，研磨得到目标产物V₂O₃@Ni。

实施例4：

步骤1：将尿素、氧化三异丙醇钒、六水合硝酸镍的原料按照6：2：5的质量比进行配料，形成混合物；

步骤2：取10mg步骤1的混合物研磨后过60目筛后倒入反应釜内衬中，加入55mL超纯水，置于搅拌机上搅拌23min，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中；

步骤3：加热至220℃进行水热反应24h，反应结束后自然冷却到室温；

步骤4：将自然冷却到室温的产物取出，经过3次水和3次醇交替清洗后收集产物；

步骤5：将收集到的产物放入烘箱中，在65℃干燥8h，研磨得到目标产物V₂O₃@Ni。

实施例5：

步骤1：将尿素、氧化三异丙醇钒、六水合硝酸镍的原料按照7：1：6的质量比进行配料，形成混合物；

步骤2：取13mg步骤1的混合物研磨后过60目筛后倒入反应釜内衬中，加入60mL超纯水，置于搅拌机上搅拌30min，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中；

步骤3：加热至220℃进行水热反应48h，反应结束后自然冷却到室温；

步骤4：将自然冷却到室温的产物取出，经过3次水和3次醇交替清洗后收集产物；

步骤5：将收集到的产物放入烘箱中，在75℃干燥8个小时，研磨得到目标产物V₂O₃@Ni。

实施例6

步骤1：将尿素、氧化三异丙醇钒、六水合硝酸镍的原料按照8：3：6的质量比进行配料，形成混合物；

步骤2：取16mg步骤1的混合物研磨后过60目筛后倒入反应釜内衬中，加入60mL超纯水，置于搅拌机上搅拌30min，继而将内衬装于外釜中固定后置于均相反应仪中；

步骤3：加热至220℃进行水热反应48h，反应结束后自然冷却到室温。

步骤4：将自然冷却到室温的产物取出，经过3次水和3次醇交替清洗后收集产物；

步骤5：将收集到的产物放入烘箱中，在80℃干燥8个小时，研磨得到目标产物V₂O₃@Ni。

从图1中可以看出V₂O₃和Ni的衍射峰与标准卡片匹配良好，且强度高，说明该实施例得到的V₂O₃@Ni结晶性很好。

从图2中可以看出样品为均匀细小的颗粒，且分散性良好。

图3是本实施例所制备的纳米V₂O₃@Ni的产氢性能图，表示pH 14测试条件下，当电流密度为10mA/cm²，扫描速率为3mV/s时，该样品过电势为167mV，说明具有优异的产氢性能。

图4是本实施例所制备的纳米V₂O₃@Ni的产氧性能图，表示pH 14测试条件下，当电流密度为10mA/cm²，扫描速率为3mV/s时，该样品过电势为360mV，说明具有优异的产氧性能。