本发明涉及电催化材料领域。
背景技术：
现如今，化石燃料满足着世界上大部分的能源需求，但是化石燃料储量有限不能再生，并且化石燃料的使用还会造成许多的污染，包括温室效应和空气污染等等。现如今发展可再生的新能源，降低对化石燃料的依赖已经刻不容缓。在可再生能源中太阳能，风能等能源清洁而便于收集，但其存在的不连续性使持续取用这些能源难以达成。而h2不止可以解决这一点，其本身也是重要的清洁的可再生能源。将太阳能风能等转换为电能，再用这电能电解水制备h2来储存能量，即解决了许多可再生能源的储存问题还解决了现在的h2因为使用化石燃料制备而无法保证清洁的问题，同时获得了纯净的o2，是良好的未来发展方向。
然而，电解水也面临着许多问题，这其中主要是催化剂的选择问题。如果采用传统的贵金属催化剂，会面临贵金属储量有限和价格昂贵等问题。而为了降低成本而选用过渡金属，制成的催化剂进行电催化反应则需要更多的电能。因此得到较低成本较高性能的电解水催化剂刻不容缓。
技术实现要素：
本发明要解决现有电催化反应，采用过渡金属催化剂耗电大，贵金属催化剂价格昂贵的技术问题，而提供一种泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料及其制备方法。
一种泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料，该电催化材料为分散铂纳米颗粒的co5(o9.48h8.52)no3针状阵列。
所述电催化材料pt和co总原子数中pt的占比低于7.7％。
co5(o9.48h8.52)no3针状阵列为微米级，接近纳米级。
一种泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、清洗活化泡沫镍；
二、将硝酸钴加热熔融，然后加入步骤一处理后的泡沫镍，进行反应，获得生长碱式硝酸钴的泡沫镍；然后清洗，干燥，获得前驱体conh/nf；
三、将步骤二获得的前驱体conh/nf浸入到氯铂酸钾溶液中，采用紫外光照射，然后取出，清洗，干燥，得到所述泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料，完成该方法。
本发明的有益效果是：
本发明制备的电催化材料将贵金属与过渡金属结合，相比纯贵金属催化剂节约了成本，即使是贵金属含量最高的样品pt和co总原子数中pt的占比也低于7.7％。并且在本发明中有着很好全解水性能的样品0.5-pt-conh/nf，在有着很低的全解水电势的同时，可以保持较长时间的性能稳定。而且0.5-pt-conh/nf在电解水的半反应析氢(her)反应和析氧(oer)反应里也保持着不错的性能。0.5-pt-conh/nf其pt和co总原子比中pt的占比更是只有5.2％，另外本发明虽然是两步法，但并不繁琐，操作简单。第一步所用的方法，只需要将前驱体熔融，第二步更是只要使用紫外光光照就行。在原理上也同样简单，对第一步是硝酸盐的自分解转变为碱式硝酸盐，对第二步则是紫外光的还原作用。
本发明用于制备电催化材料。
附图说明
图1为实施例一制备电催化材料0.5-pt-conh/nf的扫描电镜图；
图2为实施例一制备电催化材料0.5-pt-conh/nf的透射电镜图；
图3为实施例所述前驱体conh/nf的xrd图；
图4为实施例一制备的电催化材料0.5-pt-conh/nf的xrd图；
图5为实施例二制备的电催化材料1.0-pt-conh/nf的透射电镜图；
图6为电催化材料0.5-pt-conh/nf在浓度为1mol/lkoh溶液中进行her反应，得到的lsv曲线图(ir校正)；
图7为电催化材料0.5-pt-conh/nf在浓度为1mol/lkoh溶液中进行oer反应，得到的lsv曲线图(ir校正)；
图8为电催化材料0.5-pt-conh/nf和1.0-pt-conh/nf进行电催化全解水的lsv图；
图9为电催化材料0.5-pt-conh/nf在电流密度为10ma/cm2条件下全解水恒电流稳定性测试图。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式一种泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料，该电催化材料为分散铂纳米颗粒的co5(o9.48h8.52)no3针状阵列。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述电催化材料pt和co总原子数中pt的占比低于7.7％。
具体实施方式三：本实施方式一种泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、清洗活化泡沫镍；
二、将硝酸钴加热熔融，然后加入步骤一处理后的泡沫镍，进行反应，获得生长碱式硝酸钴的泡沫镍；然后清洗，干燥，获得前驱体conh/nf；
三、将步骤二获得的前驱体conh/nf浸入到氯铂酸钾溶液中，采用紫外光照射，然后取出，清洗，干燥，得到所述泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料，完成该方法。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式三不同的是：步骤一所述清洗依次采用盐酸溶液、去离子水和无水乙醇。其它与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式三或四不同的是：步骤二所述反应温度为85℃，反应时间为4h。其它与具体实施方式三或四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式三至五之一不同的是：步骤三所述氯铂酸钾溶液的浓度为0.25～1.0mmol/l。其它与具体实施方式三至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式三至六之一不同的是：步骤三所述氯铂酸钾溶液的浓度为0.5mmol/l。其它与具体实施方式三至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式三至七之一不同的是：步骤三所述紫外光照射时间为24h。其它与具体实施方式三至七之一相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式三至八之一不同的是：步骤三所述清洗采用去离子水和无水乙醇清洗。其它与具体实施方式三至八之一相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式三至九之一不同的是：步骤三干燥温度为60℃。其它与具体实施方式三至九之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
本实施例一种泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料，该电催化材料为分散铂纳米颗粒的co5(o9.48h8.52)no3针状阵列。
一种泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、清洗活化泡沫镍；所述清洗依次采用盐酸溶液、去离子水和无水乙醇；
二、将硝酸钴加热熔融，然后加入步骤一处理后的泡沫镍，进行反应，反应温度为85℃，反应时间为4h，获得生长碱式硝酸钴的泡沫镍；然后清洗，干燥，获得前驱体conh/nf；
三、将步骤二获得的前驱体conh/nf浸入到浓度为0.5mmol/l的氯铂酸钾溶液中，采用紫外光照射，照射时间为24h，然后取出，采用去离子水和无水乙醇清洗，温度为60℃干燥，得到所述泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料，完成该方法。
步骤三紫外光采用两盏8w医用杀菌灯灯管，在密闭且不透光的箱子中分别放在盛有溶液的烧杯两侧进行照射。
本实施例制得的泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料为0.5-pt-conh/nf。
实施例二：
本实施例一种泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料的制备方法，具体按以下步骤进行：
一、清洗活化泡沫镍；所述清洗依次采用盐酸溶液、去离子水和无水乙醇；
二、将硝酸钴加热熔融，然后加入步骤一处理后的泡沫镍，进行反应，反应温度为85℃，反应时间为4h，获得生长碱式硝酸钴的泡沫镍；然后清洗，干燥，获得前驱体conh/nf；
三、将步骤二获得的前驱体conh/nf浸入到浓度为1.0mmol/l的氯铂酸钾溶液中，采用紫外光照射，照射时间为24h，然后取出，采用去离子水和无水乙醇清洗，温度为60℃干燥，得到所述泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料，完成该方法。
步骤三紫外光采用两盏8w医用杀菌灯灯管，在密闭且不透光的箱子中分别放在盛有溶液的烧杯两侧进行照射。
本实施例制得的泡沫镍负载铂纳米粒子钴盐全解水电催化材料为1.0-pt-conh/nf。
实施例一制备电催化材料0.5-pt-conh/nf的扫描电镜图如图1所示；实施例一制备电催化材料0.5-pt-conh/nf的透射电镜图如图2所示；从图1-2可以看出，制备的电催化材料0.5-pt-conh/nf有微米级阵列结构，并在阵列上存在纳米粒子。
实施例所述前驱体conh/nf的xrd图如图3所示，由于直接在泡沫镍基底上进行xrd测试，因此大角度会有强烈的泡沫镍对应的ni衍射峰干扰，所以使用小角度中的峰与标准卡片相对照。发现在小角度与pdf#48-0092的多个衍射峰相对应，最强的三个峰对应晶面(200)、(002)和(20-4)，证明了制备的前驱体为cono3(oh)·h2o。
实施例一制备的电催化材料0.5-pt-conh/nf的xrd图如图4所示，测试结果对应pdf#46-0605即co5(o9.48h8.52)no3。
实施例二制备的电催化材料1.0-pt-conh/nf的透射电镜图如图5所示；从图中可以看出，其深色纳米颗粒上观察到了晶格条纹，条纹间距为0.214nm对应于单质pt的(111)晶面，这证明了tem下观察到的深色纳米颗粒是单质铂。
将实施例一制备的电催化材料0.5-pt-conh/nf进行电感耦合等离子体发射光谱测试金属含量，0.5-pt-conh/nf中pt和co总原子数中pt的占比低至5.2％。
将实施例二制备的电催化材料1.0-pt-conh/nf进行电感耦合等离子体发射光谱测试金属含量，1.0-pt-conh/nf中pt和co总原子数中pt的占比低于7.7％。
综上，证实本发明方法制备的电催化材料在泡沫镍上生长有微米级的co5(o9.48h8.52)no3阵列，阵列上生长有单质铂纳米粒子。
将实施例一制备的电催化材料0.5-pt-conh/nf进行oer和her对应的电化学测试，使用仪器为上海辰华仪器有限公司的chi660d电化学工作站，三电极中工作电极为铂片电极夹夹住的0.5-pt-conh/nf，参比电极为hg/hgo电极，对电极为碳棒电极，测试溶液为浓度1mol/l的koh溶液。在测试电化学性能后，对相应的lsv曲线进行ir校正，并换算为相对于rhe的数据。
使用两电极进行电催化全解水测试时，工作电极和参比电极均为铂片电极夹夹住的x-pt-conh/nf(x为0.5或1.0)。测试溶液使用1mol/l的koh溶液，测试仪器采用上海辰华仪器有限公司的chi660d电化学工作站。
电催化材料0.5-pt-conh/nf在浓度为1mol/lkoh溶液中进行her反应，得到的lsv曲线图(ir校正)，如图6所示，由图可以看出，对her在10ma/cm2的电流密度下，过电势为87mvvs.rhe。
电催化材料0.5-pt-conh/nf在浓度为1mol/lkoh溶液中进行oer反应，得到的lsv曲线图(ir校正)，如图7所示，由图可以看出，对oer在10ma/cm2的电流密度下，过电势为289mvvs.rhe。
lsv曲线图为线性扫描伏安曲线图。
证实电催化材料0.5-pt-conh/nf在进行ir校正后，具有很好的her和oer性能。
电催化材料0.5-pt-conh/nf和1.0-pt-conh/nf进行电催化全解水的lsv图，如图8所示，其中“-”代表0.5-pt-conh/nf同时作为两电极，“…”代表1.0-pt-conh/nf同时作为两电极；由图可以证实0.5-pt-conh/nf两电极全解水有着不错的性能，不止比1.0-pt-conh/nf性能更好，并且在不进行ir较正的情况下，在电流密度为10ma/cm2条件下，电势只有1.605vvs.rhe。
电催化材料0.5-pt-conh/nf在电流密度为10ma/cm2条件下全解水恒电流稳定性测试图，如图9所示，即使进行了48h的稳定性测试，电势依旧保持在1.640vvs.rhe。
由以上测试可知，本发明制备的电催化材料将贵金属与过渡金属结合，节约了成本，并能保证电催化全解水性能。另外本发明虽然是两步法，但并不繁琐，操作简单。
本文用于企业家、创业者技术爱好者查询，结果仅供参考。
