一种析氧反应催化剂及其制备方法、应用

本发明涉及电解水，具体而言，涉及一种析氧反应催化剂及其制备方法、应用。

背景技术：

1、氢能是一种高热值无污染的新能源，在众多领域具有广泛应用，通过电解水制氢是缓解能源危机以及减少碳排放的有效途径。但在电解水过程中的阳极析氧反应(oer)涉及复杂的四电子转移过程，过电位较高，限制了产氢效率。长期以来，电解水催化剂主要为ir、ru等贵金属氧化物，储量低成本高，难以实现大规模应用。

2、有研究表明，过渡金属及其化合物储量高、成本低、便于调控，具有替代贵金属催化剂的潜力，近年来受到学者们的广泛关注。其中，nife具有易于调控的形貌结构，广泛应用于催化领域，但较低的电导率限制了其oer性能的进一步提升。同时发现石墨烯具有特殊的二维结构，承载丰富的活性位点，同时其电导率高，在反应时可加速电子转移效率。而现有技术在石墨烯中负载nife多采用化学合成方法(例如水热法等)得到。该传统方法不仅耗时长，并且会伴随产生多种含毒副产物。

技术实现思路

1、为解决传统方法耗时长且伴随含毒副产物的问题，本发明的目的在于提供一种析氧反应催化剂及其制备方法、应用。

2、本发明提供了一种析氧反应催化剂的制备方法，所述制备方法包括：

3、将称取好的硝酸镍、硫脲、氧化石墨烯、硫酸亚铁、次磷酸钠和去离子水混合得到悬浊液；

4、将所述悬浊液冷冻干燥得到粉末状混合物；

5、通过介质阻挡放电产生的等离子体对粉末状混合物进行表面改性处理，使所述粉末状混合物表面产生碳缺陷；同时，在所述等离子体作用下，将磷和nife固定于所述碳缺陷中，得到粉末状的掺杂磷且负载nife的还原氧化石墨烯，即粉末状的nife@p-rgo。

6、作为本发明进一步的改进，所述制备方法还包括：

7、将粉末状的nife@p-rgo与乙醇和nafion溶液混合，再将得到的混合溶液混匀涂敷于泡沫镍上，得到nife@p-rgo/nf催化剂。

8、作为本发明进一步的改进，所述将称取好的硝酸镍、硫脲、氧化石墨烯、硫酸亚铁、次磷酸钠和去离子水混合得到悬浊液，包括：

9、将称取好的硝酸镍、硫脲、硫酸亚铁和次磷酸加入到去离子水中得到悬浊液a，其中，所述硫酸亚铁和所述次磷酸钠在保护气体的保护下加入到去离子水中；

10、将称取好的氧化石墨烯加入到去离子水中混合均匀得到悬浊液b；

11、将所述悬浊液a和所述悬浊液b在室温下混合均匀得到所述悬浊液。

12、作为本发明进一步的改进，所述硝酸镍和所述硫酸亚铁摩尔比为1:1，所述次磷酸钠和所述硫脲摩尔比为1:4。

13、作为本发明进一步的改进，所述保护气体为氩气或氮气。

14、作为本发明进一步的改进，所述保护气体的流速为10～50sccm。

15、作为本发明进一步的改进，所述悬浊液冷冻干燥的条件包括：温度为-50～-80℃，压强为5～30pa，冷冻时间为12～30h。

16、作为本发明进一步的改进，所述介质阻挡放电的功率为50～100w，所述等离子体处理时间为15～60min，所述介质阻挡放电过程中的气体流速为25～75sccm。

17、本发明还提供了一种析氧反应催化剂，包括利用上述的制备方法得到的掺杂磷元素且负载nife的还原氧化石墨烯。

18、本发明还提供了一种析氧反应催化剂的应用，利用上述的制备方法得到的催化剂，在碱性条件下对电解水过程中的阳极析氧反应进行催化。

19、本发明的有益效果为：通过介质阻挡放电产生的高能粒子对石墨烯进行表面处理，进而使nife负载于石墨烯中，有效提高了析氧催化剂的合成效率且无含毒副产物产生；同时，通过高能粒子的作用在石墨烯中掺杂磷元素，使nife和掺磷石墨烯发挥协同作用，进一步提高析氧催化剂性能。

技术特征：

1.一种析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将称取好的硝酸镍、硫脲、氧化石墨烯、硫酸亚铁、次磷酸钠和去离子水混合得到悬浊液，包括：

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硝酸镍和所述硫酸亚铁摩尔比为1:1，所述次磷酸钠和所述硫脲摩尔比为1:4。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述保护气体为氩气或氮气。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述保护气体的流速为10～50sccm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述悬浊液冷冻干燥的条件包括：温度为-50～-80℃，压强为5～30pa，冷冻时间为12～30h。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述介质阻挡放电的功率为50～100w，所述等离子体处理时间为15～60min，所述介质阻挡放电过程中的气体流速为25～75sccm。

9.一种析氧反应催化剂，其特征在于，包括利用权利要求1-9所述的制备方法得到的掺杂磷元素且负载nife的还原氧化石墨烯。

10.一种析氧反应催化剂的应用，其特征在于，利用权利要求1-9所述的制备方法得到的催化剂，在碱性条件下对电解水过程中的阳极析氧反应进行催化。

技术总结
本发明公开了一种析氧反应催化剂的制备方法，所述制备方法包括：将称取好的硝酸镍、硫脲、氧化石墨烯、硫酸亚铁、次磷酸钠和去离子水混合得到悬浊液；将所述悬浊液冷冻干燥得到粉末状混合物；通过介质阻挡放电产生的等离子体对粉末状混合物进行表面改性处理，使所述粉末状混合物表面产生碳缺陷；同时，在所述等离子体作用下，将磷和NiFe固定于所述碳缺陷中，得到粉末状的NiFe@P‑rGO。本发明的有益效果为：通过介质阻挡放电产生的高能粒子对石墨烯进行表面处理，进而使NiFe负载于石墨烯中，有效提高了析氧催化剂的合成效率且无含毒副产物产生，提高析氧反应催化剂性能。

技术研发人员：杨庆,何文凯,张兆天
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15