水热法制备的金属氢氧化物水热c-复合oer材料
阅读说明：本技术 水热法制备的金属氢氧化物水热c-复合oer材料 (Metal hydroxide hydrothermal C-composite OER material prepared by hydrothermal method ) 是由 陈彦霖 凌宇鑫 于 2021-09-05 设计创作，主要内容包括：本发明提供水热法制备的金属氢氧化物水热C-复合OER材料,涉及电化学催化剂技术领域。该金属氢氧化物水热C-复合OER材料的制备方法,包括以下步骤：S1.配置溶液、S2.水热反应、S3.产物处理和S4.最终制备。通过选用金属氢氧化物与水热碳相结合,金属过渡氢氧化物是一种优异的OER电化学活性催化剂,因为它们具有低成本,高效率,良好的催化性能和高稳定性,可以充分发挥水热碳的表面吸附作用,通过水热方法处理的葡萄糖来制备生成的水热碳晶型未被破坏,碳材料也已经部分石墨化,最终的OER性能也表现良好,稳定性可以保持8个小时以上,最终制备出来的粉体材料产率也很高,更加有利于后面的大规模商业化生产,值得大力推广。(The invention provides a hydrothermal C-composite OER material of metal hydroxide prepared by a hydrothermal method, and relates to the technical field of electrochemical catalysts. The preparation method of the metal hydroxide hydrothermal C-composite OER material comprises the following steps: s1, preparing a solution, S2, carrying out hydrothermal reaction, S3, treating a product and S4, and finally preparing. By selecting metal hydroxide to combine with hydrothermal carbon, the metal transition hydroxide is an excellent OER electrochemical active catalyst, because the metal hydroxide and the hydrothermal carbon have low cost, high efficiency, good catalytic performance and high stability, the surface adsorption effect of the hydrothermal carbon can be fully exerted, the hydrothermal carbon crystal form prepared by glucose treated by a hydrothermal method is not damaged, the carbon material is partially graphitized, the final OER performance is good, the stability can be kept for more than 8 hours, the yield of the finally prepared powder material is high, the powder material is more beneficial to the subsequent large-scale commercial production, and the method is worthy of great popularization.)
技术领域
本发明涉及电化学催化剂技术领域，具体为水热法制备的金属氢氧化物水热C-复合OER材料。
背景技术
随着经济的发展，煤炭、石油的消耗持续增加，化石燃料资源逐渐枯竭，环境污染日益严重，因此，人类社会迫切需要开发出一种高效、清洁、可再生的新能源，通过电解水来制备氢气是可再生能源的未来发展的重要方向之一，通过电解水来制氢是几乎最为常见的制备氢气的方法，电解水产氢中存在两个半反应，在不同的酸碱条件下，阳极过程都存在涉及四电子的反应，存在动力学惰性，过电位较高，这些劣势极大地限制了电解水反应的效率。
许多金属催化剂都处于热力学不稳定状态：会在发生析氧反应之前，金属本身被氧化，电极的表面会溶解，或者同时发生氧化物沉淀和金属腐蚀，导致催化剂稳定性不好。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了水热法制备的金属氢氧化物水热C-复合OER材料，解决了目前现有金属催化剂稳定性较差的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：水热法制备的金属氢氧化物水热C-复合OER材料，所述金属氢氧化物水热C-复合OER材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.配置溶液
取24～44ml 10mmol的葡萄糖和6～11ml 2.5mmol的无水间苯三酚放入烧杯内，随后依次向烧杯内缓慢加入金属盐和乙酸，以50～100r/min的转速对烧杯内搅拌25～30min，配制成水溶液；
S2.水热反应
将制得的水溶液取出放入水热釜内，以200～400r/min的转速对水热釜内进行搅拌，搅拌时间为30～35min，同时以190～200℃的温度对水热釜内进行水热，水热时间为12～15h；
S3.产物处理
水热结束后将水热釜静置6～8h，随后将水热釜底部沉淀物取出放入真空抽滤机内进行抽滤处理，抽滤完成后将沉淀物放入过滤器内使用蒸馏水进行洗涤工艺，洗涤后将沉淀物放入烘干机内进行干燥处理，干燥后即可制得水热碳复合物粉体；
S4.最终制备
取60mg的水热碳粉体，按照活性物质:乙炔黑:PVDF＝8:1:1的质量比再称取乙炔黑和PVDF，转移到玛瑙研钵中，研磨10～15min，再加入1～2mL的1-甲基-2-吡咯烷酮，再继续研磨20min以上，研磨完成后使用塑料滴管取出研磨成的粉末，并均匀涂覆在处理好的泡沫镍片上，涂覆的面积控制在0.9cm2～1.1cm2，将涂覆好的泡沫镍片置于80～85℃的烘箱中干燥8h以上，然后将泡沫镍片放入压片机内，在10～15MPa的环境下压制成片，即可得到复合电极材料。
优选的，所述S1步骤配置溶液中金属盐的种类内FeSO4·7H2O，CoSO4·7H2O和MnSO4·H2O中的一种或多种。
优选的，所述S1步骤配置溶液中葡萄糖和无水间苯三酚的体积比为4：1。
优选的，所述S1步骤配置溶液中葡萄糖、无水间苯三酚、金属盐和乙酸按照摩尔比10:2.5:1:350的比例。
优选的，所述S3步骤产物处理中的烘干机内烘干温度为150～200℃。
(三)有益效果
本发明提供了水热法制备的金属氢氧化物水热C-复合OER材料。具备以下有益效果：
本发明通过选用金属氢氧化物与水热碳相结合，金属过渡氢氧化物是一种优异的OER电化学活性催化剂，因为它们具有低成本，高效率，良好的催化性能和高稳定性，可以充分发挥水热碳的表面吸附作用，未经过高温处理和活化作用的水热碳表面含有大量的含氧官能团，也便于进一步修饰，也可以通过将碳与氮等电负性更强的原子掺杂，在相邻的碳原子(C+)上产生一个净正电荷，形成Π-Π离域，优化*OOH的热活性势垒，促进氧的吸附和电荷转移，从而增强OER活性，通过加入间苯三酚来提高水热碳微球的产率，并以期在最终产物的表面形成更多的含氧官能团，促进OER过程中的氧原子的吸附，同时加乙酸增加最终合成制备的水热碳材料的比表面积，因为乙酸是构建高孔隙度层次化多孔结构的决定性添加剂，最终制备出来的粉体材料产率也很高，更加有利于后面的大规模商业化生产，葡萄糖经过一系列的复杂反应，最终转化为水热碳微球复合材料，水热碳微球大多呈团聚状，最终水热碳微球的粒径大小为2μm左右，并且通过水热方法处理的葡萄糖来制备生成的水热碳晶型未被破坏，碳材料也已经部分石墨化，最终的OER性能也表现良好，10mA·cm-2的电流密度下，最佳样的过电势为321mV，塔菲尔斜率为72.1mV·dec-1，电荷转移电阻仅为0.509Ω，稳定性可以保持8个小时以上，值得大力推广。
附图说明
图1为本发明的水热碳复合材料扫描电镜图；
图2为本发明的水热碳复合材料XRD图谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
如图1-2所示，本发明实施例提供水热法制备的金属氢氧化物水热C-复合OER材料，金属氢氧化物水热C-复合OER材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.配置溶液
分别称取44mL、40mL、32mL和24mL的10mmol葡萄糖和11mL、10mL、8mL和6mL的2.5mmol无水间苯三酚分别放入四个不同的烧杯内，随后向烧杯内缓慢加入金属盐，再向四个烧杯内分别加入5mL、10mL、20mL、30mL的乙酸，以100r/min的转速对烧杯内搅拌30min，配制成60mL的水溶液；
S2.水热反应
将制得的水溶液取出分别放入水热釜内，以400r/min的转速对水热釜内进行搅拌，搅拌时间为35min，同时以200℃的温度对水热釜内进行水热，水热时间为12h；
S3.产物处理
水热结束后将水热釜静置8h，随后将水热釜底部沉淀物取出放入真空抽滤机内进行抽滤处理，抽滤完成后将沉淀物放入过滤器内使用蒸馏水进行洗涤工艺，洗涤后将沉淀物放入烘干机内进行干燥处理，干燥后即可制得水热碳复合物粉体；
S4.最终制备
最终制得的四个样品分别命名为[email protected]，[email protected]，[email protected]和[email protected]，取60mg的水热碳粉体，按照活性物质:乙炔黑:PVDF＝8:1:1的质量比再称取乙炔黑和PVDF，转移到玛瑙研钵中，研磨10min，再加入2mL的1-甲基-2-吡咯烷酮，再继续研磨20min以上，研磨完成后使用塑料滴管取出研磨成的粉末，并均匀涂覆在处理好的泡沫镍片上，涂覆的面积控制在1cm2，将涂覆好的泡沫镍片置于80℃的烘箱中干燥8h以上，然后将泡沫镍片放入压片机内，在10MPa的环境下压制成片，即可得到复合电极材料。
S1步骤配置溶液中金属盐的种类内FeSO4·7H2O，CoSO4·7H2O和MnSO4·H2O中的一种或多种。
S1步骤配置溶液中葡萄糖和无水间苯三酚的体积比为4：1。
S1步骤配置溶液中葡萄糖、无水间苯三酚、金属盐和乙酸按照摩尔比10:2.5:1:350的比例。
S3步骤产物处理中的烘干机内烘干温度为200℃。
实施例二：
如图1-2所示，本发明实施例提供水热法制备的金属氢氧化物水热C-复合OER材料，金属氢氧化物水热C-复合OER材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.配置溶液
分别称取32mL 10mmol的葡萄糖和8mL 2.5mmol的无水间苯三酚放入四个不同的烧杯内，随后取其中三个烧杯并分别加入FeSO4·7H2O，CoSO4·7H2O和MnSO4·H2O，摩尔量均控制在0.25mmol，然后向四个烧杯中分别加入20mL乙酸，以50～100r/min的转速对烧杯内搅拌25～30min，配制成60ml水溶液；
S2.水热反应
将制得的水溶液取出放入水热釜内，以200r/min的转速对水热釜内进行搅拌，搅拌时间为30min，同时以200℃的温度对水热釜内进行水热，水热时间为12h；
S3.产物处理
水热结束后将水热釜静置6h，随后将水热釜底部沉淀物取出放入真空抽滤机内进行抽滤处理，抽滤完成后将沉淀物放入过滤器内使用蒸馏水进行洗涤工艺，洗涤后将沉淀物放入烘干机内进行干燥处理，干燥后即可制得水热碳复合物粉体；
S4.最终制备
将添加了金属盐的三组样品分别命名为[email protected]，[email protected]和[email protected]，称取60mg的水热碳粉体，按照活性物质:乙炔黑:PVDF＝8:1:1的质量比再称取乙炔黑和PVDF，转移到玛瑙研钵中，研磨10min，再加入1mL的1-甲基-2-吡咯烷酮，再继续研磨20min以上，用塑料滴管涂覆在处理好的泡沫镍片上，涂覆的面积控制在1cm2左右，将涂覆好的泡沫镍片置于80℃的烘箱中干燥8h以上，然后在10MPa下压制成片即可得到复合电极材料。
S1步骤配置溶液中金属盐的种类内FeSO4·7H2O，CoSO4·7H2O和MnSO4·H2O中的一种或多种。
S1步骤配置溶液中葡萄糖和无水间苯三酚的体积比为4：1。
S1步骤配置溶液中葡萄糖、无水间苯三酚、金属盐和乙酸按照摩尔比10:2.5:1:350的比例。
S3步骤产物处理中的烘干机内烘干温度为150℃。
实施例三：
如图1-2所示，本发明实施例提供水热法制备的金属氢氧化物水热C-复合OER材料，金属氢氧化物水热C-复合OER材料的制备方法，包括以下步骤：
S1.配置溶液
分别称取32ml 10mmol的葡萄糖和8ml 2.5mmol的无水间苯三酚放入四个不同的烧杯内，随后向四个烧杯内分别加入0.25mmol、0.5mmol、0.75mmol和1mmol的FeSO4·7H2O，再加入20mL乙酸，以100r/min的转速对烧杯内搅拌30min，配制成60mL水溶液；
S2.水热反应
将制得的水溶液取出放入水热釜内，以200r/min的转速对水热釜内进行搅拌，搅拌时间为30min，同时以200℃的温度对水热釜内进行水热，水热时间为12h；
S3.产物处理
水热结束后将水热釜静置6～8h，随后将水热釜底部沉淀物取出放入真空抽滤机内进行抽滤处理，抽滤完成后将沉淀物放入过滤器内使用蒸馏水进行洗涤工艺，洗涤后将沉淀物放入烘干机内进行干燥处理，干燥后即可制得水热碳粉体；
S4.最终制备
取60～65mg的水热碳粉体，按照活性物质:乙炔黑:PVDF＝8:1:1的质量比再称取乙炔黑和PVDF，转移到玛瑙研钵中，研磨10min，再加入1mL的1-甲基-2-吡咯烷酮，再继续研磨20min以上，研磨完成后使用塑料滴管取出研磨成的粉末，并均匀涂覆在处理好的泡沫镍片上，涂覆的面积控制在1cm2，将涂覆好的泡沫镍片置于80℃的烘箱中干燥8h以上，然后将泡沫镍片放入压片机内，在10MPa的环境下压制成片，即可得到复合电极材料。
S1步骤配置溶液中金属盐的种类内FeSO4·7H2O，CoSO4·7H2O和MnSO4·H2O中的一种或多种。
S1步骤配置溶液中葡萄糖和无水间苯三酚的体积比为4：1。
S1步骤配置溶液中葡萄糖、无水间苯三酚、金属盐和乙酸按照摩尔比10:2.5:1:350的比例。
S3步骤产物处理中的烘干机内烘干温度为150℃。
通过对比实验数据可以发现，提高金属盐的加入量为5mmoL对OER催化性能的提高最为明显，通过选用金属氢氧化物与水热碳相结合，可以充分发挥水热碳的表面吸附作用，未经过高温处理和活化作用的水热碳表面含有大量的含氧官能团，也便于进一步修饰，也可以通过将碳与氮等电负性更强的原子掺杂，在相邻的碳原子(C+)上产生一个净正电荷，形成Π-Π离域，优化*OOH的热活性势垒，促进氧的吸附和电荷转移，从而增强OER活性，通过加入间苯三酚来提高水热碳微球的产率，并以期在最终产物的表面形成更多的含氧官能团，促进OER过程中的氧原子的吸附，同时加乙酸增加最终合成制备的水热碳材料的比表面积，因为乙酸是构建高孔隙度层次化多孔结构的决定性添加剂，最终制备出来的粉体材料产率也很高，更加有利于后面的大规模商业化生产，葡萄糖经过一系列的复杂反应，最终转化为水热碳微球复合材料，水热碳微球大多呈团聚状，最终水热碳微球的粒径大小为2μm左右，并且通过水热方法处理的葡萄糖来制备生成的水热碳晶型未被破坏，碳材料也已经部分石墨化，最终的OER性能也表现良好，10mA·cm-2的电流密度下，最佳样的过电势为321mV，塔菲尔斜率为72.1mV·dec-1，电荷转移电阻仅为0.509Ω，稳定性可以保持8个小时以上。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。