一种氧化镍和木质素碳电化学催化纳米复合材料的制备方法与流程

本发明属于电化学和新能源材料领域，涉及一种氧化镍和木质素碳电化学催化纳米复合材料的制备方法。

背景技术：

目前，随着世界人口的增加、技术的发展和生活水平的提高，人们对能源的需求在不断的增大，用量占比最大的化学燃料目前由于其资源短缺和污染严重等问题逐渐被一些新型可再生能源(如氢能、风能、太阳能、核能等)所取代。其中，氢能源凭着其自身质量轻、运输方便、无毒无害等优点，广泛受到人们的关注。目前常用的制备氢气的方法有矿物燃料制氢、微生物制氢、光催化分解水制氢和电催化分解水制氢。其中，矿物燃料制氢方法相对简单、工艺简单、工业化程度高，但是要消耗大量化石能源并且产生大量的二氧化碳，效率较低。而相比之下，电解水制氢的效率更加高、无污染和可控性高等优点。但是在工业上电解水的电极反应的过电势较高，需要消耗大量的电能，极大提高了制氢的成本，很大程度上限制了电解水制氢的工业应用。

为了减小过电势的影响，许多研究发现贵金属催化剂(铂、钯、钌和铑等)的加入能提高析氢反应的效率和稳定性，但是贵金属价格昂贵，来源稀缺等缺点极大阻碍了该方法的工业化生产。为了解决该问题，人们将研究目光转移到一些非贵金属以及非金属催化剂，例如二硫化钼(mos2)，金属钨(w)的化合物及一些过渡金属的各类化合物。其中，氧化镍等金属氧化物和导电性优异的碳材料材料复合有着高效的催化稳定性能和优异的催化活性。

作为负载碳材料基体，木质素是一种非均相、无定型的聚合物，可以从各种低成本的造纸废水中提取，其含量仅次于纤维素。同时木质素中含有大量的羟基、羧基、磺酸基等活性基团，和部分基团形成协同作用进而促进复合材料的催化性能。

该法利用静电纺丝的技术能极大提高纤维的长径比，提高碳材料的比表面积，进而提高氧化镍/碳纳米复合纤维的催化性能。同时，该方法成本低、工艺简单、高催化性能等优点，应用前景十分广阔。

技术实现要素：

为了克服已有技术的不足，本发明提供了一种氧化镍和木质素碳电化学催化纳米复合材料的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种氧化镍和木质素碳复合电化学催化材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将2g-6g明胶加入到冰醋酸/水混合溶液中，冰醋酸/水混合溶液中冰醋酸/水的质量分别为5-10g和3-8g，室温下磁力搅拌2-3小时；

(2)将10％-20％wt木质素磺酸盐加入到上述溶液中，搅拌均匀后加入镍源，室温磁力搅拌6-8小时，溶液呈棕褐色粘稠状；

(3)将上述得到的棕褐色粘稠液体通过静电纺丝技术制备纳米纤维；

(4)将得到的纤维于真空烘箱中真空干燥24-48h后，在管式炉中利用惰性气体保护高温煅烧2-3小时；

(5)取出上述碳化产物，经过研磨、真空烘干后，得到所需产物。

进一步，所述步骤(1)中，所述冰醋酸/水混合溶液的冰醋酸/水的质量比例为5:2-5:4。

再进一步，所述步骤(2)中，所述的木质素磺酸盐为木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。

更进一步，所述的步骤(2)中，所述的镍源为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或两种及以上混合。

所述的步骤(4)中，所述的干燥温度为60-80度。

所述的步骤(4)中，所述的惰性气体为干燥后的氮气、氩气、氦气中的一种或两种及以上混合。

所述的步骤(4)中，所述的高温煅烧温度为800-1000度。

本发明的有益效果主要表现在：该方法制备方法简单环保，原材料来源广泛，价格低廉。经测试得出有较高的比表面积，稳定的催化性能，十分适合用于析氢的催化剂。

附图说明

图1是采用本发明制备的氧化镍和木质素碳电化学催化纳米复合材料的sem图。

图2是采用本发明制备的氧化镍和木质素碳电化学催化纳米复合材料的氮气脱吸附图。

图3是采用本发明制备的氧化镍和木质素碳电化学催化纳米复合材料的cv曲线；

图4是采用本发明制备的氧化镍和木质素碳电化学催化纳米复合材料的阻抗曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

实施例1

参照图1～图4，一种氧化镍/碳复合纳米电化学催化材料的制备方法，

称取2g的明胶颗粒，加入到5g冰醋酸和3g去离子水的混合溶液中，室温下磁力搅拌2小时。随后，加入10％wt木质素磺酸钠(即1.11g木质素磺酸钠)，室温下磁力搅拌6小时至均匀。随后，加入0.25g六水合硝酸镍后，继续搅拌至均匀。接着，将均匀的溶液倒入一次性注射器中进行静电纺丝。再将得到的纺丝产物用研钵研磨后，置于60℃真空烘箱中真空干燥24小时。将干燥后的产物放入管式炉，在800℃下氩气氛围中煅烧150分钟，冷却后研磨得到纳米复合纤维。

电极制备：将0.004g产样品粉末加入到0.9ml无水乙醇中，加入0.1mlnafion溶液，超声混合均匀后，滴涂在1*1的炭纸表面，并用红外干燥灯烘干后，放入真空烘箱中真空干燥24小时，制成工作电极，以ag/agcl电极作参比电极，碳棒作为对电极和koh溶液为电解液构成三电极体系，用来测试电化学性能。

实施例2

称取2g的明胶颗粒，加入到10g冰醋酸和8g去离子水的混合溶液中，室温下磁力搅拌3小时。随后，加入20％wt木质素磺酸钠(即5g木质素磺酸钠)，室温下磁力搅拌8小时至均匀。随后，加入0.25g六水合硝酸镍后，继续搅拌至均匀。接着，将均匀的溶液倒入一次性注射器中进行静电纺丝。再将得到的纺丝产物用研钵研磨后，置于80℃真空烘箱中真空干燥48小时。将干燥后的产物放入管式炉，在1000℃下氩气氛围中煅烧180分钟，冷却后研磨得到纳米复合纤维。

电极制备与上述实例一致。

实施例3

称取2g的明胶颗粒，加入到10g冰醋酸和4g去离子水的混合溶液中，室温下磁力搅拌2.5小时。随后，加入20％wt木质素磺酸钠(即4g木质素磺酸钠)，室温下磁力搅拌7小时至均匀。随后，加入0.25g六水合硝酸镍后，继续搅拌至均匀。接着，将均匀的溶液倒入一次性注射器中进行静电纺丝。再将得到的纺丝产物用研钵研磨后，置于70℃真空烘箱中真空干燥24小时。将干燥后的产物放入管式炉，在900℃下氩气氛围中煅烧120分钟，冷却后研磨得到纳米复合纤维。

电极制备与上述实例一致。

实施例4

称取6g的明胶颗粒，加入到10g冰醋酸和6g去离子水的混合溶液中，室温下磁力搅拌3小时。随后，加入15％wt木质素磺酸钙(即3.88g木质素磺酸钙)，室温下磁力搅拌6小时至均匀。随后，加入0.25g六水合硝酸镍后，继续搅拌至均匀。接着，将均匀的溶液倒入一次性注射器中进行静电纺丝。再将得到的纺丝产物用研钵研磨后，置于60℃真空烘箱中真空干燥24小时。将干燥后的产物放入管式炉，在1000℃下氩气氛围中煅烧120分钟，冷却后研磨得到纳米复合纤维。

电极制备与上述实例一致。

实施例5

称取2g的明胶颗粒，加入到5g冰醋酸和3g去离子水的混合溶液中，室温下磁力搅拌2小时。随后，加入3g木质素磺酸钙，室温下磁力搅拌6小时至均匀。随后，加入0.5g六水合硝酸镍后，继续搅拌至均匀。接着，将均匀的溶液倒入一次性注射器中进行静电纺丝。再将得到的纺丝产物用研钵研磨后，置于60℃真空烘箱中真空干燥24小时。将干燥后的产物放入管式炉，在900℃下氩气氛围中煅烧120分钟，冷却后研磨得到纳米复合纤维。

电极制备与上述实例一致。

实施例5

称取4g的明胶颗粒，加入到6g冰醋酸和4g去离子水的混合溶液中，室温下磁力搅拌2小时。随后，加入10％wt木质素磺酸钙(即1.56g木质素磺酸钙)，室温下磁力搅拌6小时至均匀。随后，加入0.5g六水合硝酸镍后，继续搅拌至均匀。接着，将均匀的溶液倒入一次性注射器中进行静电纺丝。再将得到的纺丝产物用研钵研磨后，置于60℃真空烘箱中真空干燥24小时。将干燥后的产物放入管式炉，在1000℃下氮气氛围中煅烧120分钟，冷却后研磨得到纳米复合纤维。

电极制备与上述实例一致。

实施例6

称取6g的明胶颗粒，加入到10g冰醋酸和4g去离子水的混合溶液中，室温下磁力搅拌2小时。随后，加入5g木质素磺酸钠，室温下磁力搅拌6小时至均匀。随后，加入0.5g氯化镍后，继续搅拌至均匀。接着，将均匀的溶液倒入一次性注射器中进行静电纺丝。再将得到的纺丝产物用研钵研磨后，置于60℃真空烘箱中真空干燥24小时。将干燥后的产物放入管式炉，在1000℃下氮气氛围中煅烧90分钟，冷却后研磨得到纳米复合纤维。

电极制备与上述实例一致。.

实施例7

称取4g的明胶颗粒，加入到8g冰醋酸和3g去离子水的混合溶液中，室温下磁力搅拌3小时。随后，加入2g木质素磺酸钙，室温下磁力搅拌6小时至均匀。随后，加入1g硫酸镍后，继续搅拌至均匀。接着，将均匀的溶液倒入一次性注射器中进行静电纺丝。再将得到的纺丝产物用研钵研磨后，置于60℃真空烘箱中真空干燥24小时。将干燥后的产物放入管式炉，在1000℃下氩气氛围中煅烧12分钟，冷却后研磨得到纳米复合纤维。

电极制备与上述实例一致。

本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。