一种负载在碳基体上的Cu/CuO的电催化材料的制备方法

一种负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料的制备方法
技术领域
1.本发明属于电催化技术领域，具体涉及一种负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料的制备方法。


背景技术：

2.清洁和可持续能源的发展最近有所增加，以面对化石燃料的枯竭及其相关的环境问题。燃料电池和金属空气电池是满足未来能源需求的很有前途的设备。然而，在阴极中发生的氧还原反应(orr)表现出缓慢的动力学，因此，需要高效的催化剂是。铂基材料是orr最有效的催化剂；然而，与所有贵金属一样，它们的成本很高，可用性有限。因此，必须开发基于高丰度、低成本、环保材料的高性能orr催化剂。氮掺杂碳材料、金属氧化物/碳材料、过渡金属碳化物/杂原子掺杂碳等材料近年来得到了广泛的研究。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种制备方法简单，成本低，合成温度低，制备周期短，易操作，易实现，对环境友好的负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料的制备方法，所制备的电催化材料在碱性溶液中表现出优异的电催化性能。
4.为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
5.1)在磁力搅拌下将二水合氯化铜溶于去离子水中，得到浓度为0.5～2mol/l的氯化铜水溶液，记为溶液a；
6.2)磁力搅拌下将柠檬酸钠溶于去离子水中，得到浓度为0.5～2mol/l的柠檬酸钠水溶液，记为溶液b；
7.3)按溶液a与溶液b的浓度比为0.25～4：1将溶液b缓慢的滴加到溶液a中，超声分散，得到混合溶液，记为溶液c；
8.4)将混合溶液c倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，将密封好的聚四氟乙烯内衬高压反应釜放进鼓风烘箱中，设置反应温度为100～180℃，反应时间为5～25h；
9.5)反应结束后自然冷却至室温，将得到的沉淀真空抽滤后用无水乙醇和去离子水分别交替洗涤干净，真空干燥得到前驱体；
10.6)将前驱体进行研磨得到粉体，将得到的粉体平铺在瓷舟中，瓷舟放入石英管中，在n2气氛中，自室温以2～10℃/min的升温速率自室温升温至500～800℃保温2h后再以2～10℃/min的降温速率降温至室温得到负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料。
11.所述步骤3)的超声分散是在频率为20～30khz，温度为20～60℃的超声分散仪中分散20～60min。
12.所述的步骤4)混合溶液c倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜的填充比为：30～70％。
13.所述的步骤5)真空干澡是在60～80℃干燥5～9h。
14.本发明采用两步法快速合成铜/羟基磷酸铜电催化材料，可用于高效析氢的电催化材料，在碱性溶液中表现出优异的电催化性能。且本发明使用的制备方法简单，成本低，
合成温度低，不需大型设备，实验周期短，易操作，易实现，对环境友好。铜与氧化铜在碳载体高度的分散性、高导电性并且提高传质速率，使得催化剂活性位点上的电荷转移大大提高。本发明制得的cu/cuo/c电催化材料，在碱性电解液中表现出较好的电催化氧还原性能，其e
1/2
＝0.86v。
附图说明
15.图1为本发明实施例1制备的cu/cuo/c电催化材料的xrd图谱。
16.图2为本发明实施例1制备的cu/cuo/c电催化材料的sem图。
17.图3为本发明实施例1制备的电极材料cu/cuo/c的orr的lsv图。
具体实施方式
18.下面结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
19.实施例1：
20.1)在磁力搅拌下将二水合氯化铜溶于去离子水中，得到浓度为1mol/l的氯化铜水溶液，记为溶液a；
21.2)磁力搅拌下将柠檬酸钠溶于去离子水中，得到浓度为1mol/l的柠檬酸钠水溶液，记为溶液b；
22.3)按溶液a与溶液b的浓度比为1：1将溶液b缓慢的滴加到溶液a中，在频率为30khz，温度为30℃的超声分散仪中分散20min得到混合溶液，记为溶液c；
23.4)将混合溶液c按50％的填充比倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，将密封好的聚四氟乙烯内衬高压反应釜放进鼓风烘箱中，设置反应温度为140℃，反应时间为10h；
24.5)反应结束后自然冷却至室温，将得到的沉淀真空抽滤后用无水乙醇和去离子水分别交替洗涤干净，在80℃真空干燥5h得到前驱体；
25.6)将前驱体进行研磨得到粉体，将得到的粉体平铺在瓷舟中，瓷舟放入石英管中，在n2气氛中，自室温以2℃/min的升温速率自室温升温至700℃保温2h后再以2℃/min的降温速率降温至室温得到负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料。
26.由图1可以看出在衍射角为43
°
、50
°
、74
°
左右出现的峰对应的物相为铜；在衍射角为38
°
、46
°
、48
°
左右出现的峰对应的物相为氧化铜。
27.从图2中可以看出得到的是表面粗糙且不规则块状形貌。
28.从图3中可以看出其e
1/2
＝0.86v。
29.实施例2：
30.1)在磁力搅拌下将二水合氯化铜溶于去离子水中，得到浓度为0.8mol/l的氯化铜水溶液，记为溶液a；
31.2)磁力搅拌下将柠檬酸钠溶于去离子水中，得到浓度为1.6mol/l的柠檬酸钠水溶液，记为溶液b；
32.3)按溶液a与溶液b的浓度比为0.5：1将溶液b缓慢的滴加到溶液a中，在频率为23khz，温度为50℃的超声分散仪中分散30min得到混合溶液，记为溶液c；
33.4)将混合溶液c按30％的填充比倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，将密封好的聚四氟乙烯内衬高压反应釜放进鼓风烘箱中，设置反应温度为180℃，反应时间为5h；
34.5)反应结束后自然冷却至室温，将得到的沉淀真空抽滤后用无水乙醇和去离子水分别交替洗涤干净，在70℃真空干燥7h得到前驱体；
35.6)将前驱体进行研磨得到粉体，将得到的粉体平铺在瓷舟中，瓷舟放入石英管中，在n2气氛中，自室温以10℃/min的升温速率自室温升温至500℃保温2h后再以10℃/min的降温速率降温至室温得到负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料。
36.实施例3：
37.1)在磁力搅拌下将二水合氯化铜溶于去离子水中，得到浓度为1.6mol/l的氯化铜水溶液，记为溶液a；
38.2)磁力搅拌下将柠檬酸钠溶于去离子水中，得到浓度为0.8mol/l的柠檬酸钠水溶液，记为溶液b；
39.3)按溶液a与溶液b的浓度比为2：1将溶液b缓慢的滴加到溶液a中，在频率为28khz，温度为20℃的超声分散仪中分散60min得到混合溶液，记为溶液c；
40.4)将混合溶液c按70％的填充比倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，将密封好的聚四氟乙烯内衬高压反应釜放进鼓风烘箱中，设置反应温度为100℃，反应时间为25h；
41.5)反应结束后自然冷却至室温，将得到的沉淀真空抽滤后用无水乙醇和去离子水分别交替洗涤干净，在75℃真空干燥6h得到前驱体；
42.6)将前驱体进行研磨得到粉体，将得到的粉体平铺在瓷舟中，瓷舟放入石英管中，在n2气氛中，自室温以6℃/min的升温速率自室温升温至600℃保温2h后再以6℃/min的降温速率降温至室温得到负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料。
43.实施例4：
44.1)在磁力搅拌下将二水合氯化铜溶于去离子水中，得到浓度为0.5mol/l的氯化铜水溶液，记为溶液a；
45.2)磁力搅拌下将柠檬酸钠溶于去离子水中，得到浓度为2mol/l的柠檬酸钠水溶液，记为溶液b；
46.3)按溶液a与溶液b的浓度比为0.25：1将溶液b缓慢的滴加到溶液a中，在频率为20khz，温度为60℃的超声分散仪中分散40min得到混合溶液，记为溶液c；
47.4)将混合溶液c按40％的填充比倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，将密封好的聚四氟乙烯内衬高压反应釜放进鼓风烘箱中，设置反应温度为160℃，反应时间为15h；
48.5)反应结束后自然冷却至室温，将得到的沉淀真空抽滤后用无水乙醇和去离子水分别交替洗涤干净，在60℃真空干燥9h得到前驱体；
49.6)将前驱体进行研磨得到粉体，将得到的粉体平铺在瓷舟中，瓷舟放入石英管中，在n2气氛中，自室温以8℃/min的升温速率自室温升温至600℃保温2h后再以8℃/min的降温速率降温至室温得到负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料。
50.实施例5：
51.1)在磁力搅拌下将二水合氯化铜溶于去离子水中，得到浓度为2mol/l的氯化铜水溶液，记为溶液a；
52.2)磁力搅拌下将柠檬酸钠溶于去离子水中，得到浓度为0.5mol/l的柠檬酸钠水溶液，记为溶液b；
53.3)按溶液a与溶液b的浓度比为4：1将溶液b缓慢的滴加到溶液a中，在频率为
25khz，温度为40℃的超声分散仪中分散50min得到混合溶液，记为溶液c；
54.4)将混合溶液c按60％的填充比倒入聚四氟乙烯内衬高压反应釜中，将密封好的聚四氟乙烯内衬高压反应釜放进鼓风烘箱中，设置反应温度为120℃，反应时间为20h；
55.5)反应结束后自然冷却至室温，将得到的沉淀真空抽滤后用无水乙醇和去离子水分别交替洗涤干净，在65℃真空干燥8h得到前驱体；
56.6)将前驱体进行研磨得到粉体，将得到的粉体平铺在瓷舟中，瓷舟放入石英管中，在n2气氛中，自室温以4℃/min的升温速率自室温升温至800℃保温2h后再以4℃/min的降温速率降温至室温得到负载在碳基体上的cu/cuo的电催化材料。