技术领域
[0001] 本
发明属于
纳米材料合成技术领域，涉及一种枝状CoFeCu
三元合金的制备方法。
背景技术
[0002] 与
煤基制氢和甲烷转化制氢相比，
电解水制氢以水为原料，是一种清洁、可持续的大规模制氢方法。水的分解包括
阳极的析
氧反应(OER)和
阴极的析氢反应(HER)两部分。由于OER涉及多质子耦合
电子转移步骤使得其反应动
力学缓慢，从而影响整体的反应速率。除此之外，OER是许多与
可再生能源相关的应用的关键之一，如可充电
燃料电池、
金属空气电池等。因此，开发一种合适的催化剂用以提高OER反应动力迫在眉睫。目前，贵金属及其氧化物被认为是最有效的OER电催化剂，但是其稀缺性和昂贵的价格严重限制了它们的实际应用，所以开发一种
地壳含量丰富的具有优异性能的金属基催化剂是一项巨大的挑战。
[0003] 目前，有研究表明，与单中心金属氧化物相比，双金属和三金属基催化剂对OER显示出更高的催化性能，这是由于多元素之间的协同效应引起的。合金化提供了混合多种元素的手段，但物理混合使得各种元素之间缺乏化学相互作用。
电沉积合金化的方法克服了物理混合的缺点。因此，采用电沉积法将多种元素合金化可以进一步地改善OER催化活性。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，利用该方法制得的CoFeCu三元合金具有优异的析氧催化性能。
[0005] 本发明所采用的技术方案是，一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，具体包括如下步骤：
[0006] 步骤1，分别称取摩尔比为8.0:2.5:1.0～4.0的CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O及Fe(NO3)3·9H2O溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，得溶液A；
[0007] 步骤2，将1mmol～20mmol NH4F加入到步骤1所得的溶液A中，搅拌至其完全溶解，得溶液B；
[0008] 步骤3，将10mmol～40mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到步骤2所得的溶液B中，搅拌均匀；
[0009] 步骤4，将步骤3所得溶液以
泡沫镍为基底，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl
电压沉积0.5h～2h；
[0010] 步骤5，将经步骤4沉积后的泡沫镍用无水
乙醇和去离子水分别清洗3～6次；
[0011] 步骤6，将步骤5得到的泡沫镍在
真空干燥箱进行干燥，即得枝状的CoFeCu三元合金。
[0012] 本发明的特点还在于，
[0013] 步骤6中所得的CoFeCu三元合金中Co、Fe、Cu三种元素均以金属单质的形式存在。
[0014] 步骤6中所得的CoFeCu三元合金是由直径为100-500nm的小颗粒组成的枝状形貌。
[0015] 步骤6中的干燥
温度为60℃，干燥时间为12～24h。
[0016] 本发明的有益效果是，本发明利用电沉积法，在室温下制备的枝状CoFeCu三元合金用于析氧催化剂，具有优异的催化性能，具体表现在低过电势一级高
稳定性，并且操作简单，绿色环保，生产过程无污染，在
燃料电池、金属-空气电池以及电解水等领域均具有潜在的应用价值。
附图说明
[0017] 图1是本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法
实施例3制得的枝状CoFeCu三元合金的扫描电镜图；
[0018] 图2是本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法实施例3制得的枝状CoFeCu三元合金的XRD图谱；
[0019] 图3是本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法实施例3制得的枝状CoFeCu三元合金43°～45°的局部XRD图；
[0020] 图4是本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法实施例3制得的枝状CoFeCu三元合金的线性扫面伏安曲线。
具体实施方式
[0021] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
[0022] 本发明一种枝状CoFeCu三元合金的制备方法，具体包括如下步骤：
[0023] 步骤1，分别称取摩尔比为8.0:2.5:1.0～4.0的CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O及Fe(NO3)3·9H2O溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，得溶液A；
[0024] 步骤2，将1mmol～20mmol NH4F(氟化
氨)加入到步骤1所得的溶液A中，搅拌至其完全溶解，得溶液B；
[0025] 步骤3，将10mmol～40mmol Na2C6H5O7·7H2O(
柠檬酸钠)加入到步骤2所得的溶液B中，搅拌均匀；
[0026] 步骤4，将步骤3所得溶液搅拌1～5h后，以泡沫镍为基底(2cm*1cm)，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积0.5h～2h；
[0027] 步骤5，将经步骤4沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗3～6次；
[0028] 步骤6，将步骤5得到的泡沫镍在真空干燥箱进行干燥(干燥温度为60℃，时间为12～24h)，即得枝状的CoFeCu三元合金。CoFeCu三元合金中Co、Fe、Cu三种元素均以金属单质的形式存在。CoFeCu三元合金是由直径为100-500nm的小颗粒组成的枝状形貌。
[0029] 在本发明中，Na2C6H5O7·7H2O主要作为配合剂，用于调节离子的共沉积电位；加入氟化氨，一方面是提高溶液的
导电性，另一方面是利用F-对其形貌进行调控。
[0030] 实施例1
[0031] 按照摩尔比8.0:2.5:1.0分别称取CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O，将其溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，随后将1mmol NH4F加入到上述溶液中，搅拌至其完全溶解，最后将10mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到上述溶液中，搅拌至形成均匀的溶液；
[0032] 将溶液磁力搅拌1h后，用量筒量取50mL的溶液倒入
电解槽中，以泡沫镍为基底(2cm*1cm)，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积0.5h，沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗3次，随后将其置于真空干燥箱中以60℃干燥18h，最终得到枝状的CoFeCu三元合金。
[0033] 实施例2
[0034] 按照摩尔比8.0:2.5:2.0分别称取CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O，将其溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，随后将20mmol NH4F加入到上述溶液中，搅拌至其完全溶解，最后将40mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到上述溶液中，搅拌至形成均匀的溶液；
[0035] 将溶液磁力搅拌5h后，用量筒量取50mL的溶液倒入电解槽中，以泡沫镍为基底(2cm*1cm)，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积2h，沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗5次，随后将其置于真空干燥箱中以60℃干燥24h，最终得到枝状的CoFeCu三元合金。
[0036] 实施例3
[0037] 按照摩尔比8.0:2.5:4.0分别称取CoSO4·7H2O、CuSO4·5H2O和Fe(NO3)3·9H2O，将其溶于100mL去离子水中在室温下搅拌至完全溶解，随后将10mmol NH4F加入到上述溶液中，搅拌至其完全溶解，最后将20mmol Na2C6H5O7·7H2O加入到上述溶液中，搅拌至形成均匀的溶液；
[0038] 将溶液磁力搅拌3h后，用量筒量取50mL的溶液倒入电解槽中，以泡沫镍为基底(2cm*1cm)，在室温下以-1.1V vs Ag/AgCl电压沉积1h，沉积后的泡沫镍用无水乙醇和去离子水分别清洗6次，随后将其置于真空干燥箱中以60℃干燥12h，最终得到枝状的CoFeCu三元合金。
[0039] 采用实施例3的制备方法，由附图1可看出制备出的CoFeCu三元合金是由直径为100-500nm的小颗粒组成的枝状形貌。
[0040] 由附图2和附图3的结果可看出，制备出的CoFeCu三元合金中Co、Fe、Cu三种元素均是以金属单质的形式存在，表明成功制备出CoFeCu三元合金。
[0041] 由附图4可看出，当
电流密度为10mA/cm2时，制备出的枝状CoFeCu三元合金的析氧过电势达到240mV，表明该材料具有优异的析氧。
[0042] 本发明制备出的枝状CoFeCu三元合金具有优异的析氧催化性能，可用于燃料电池、金属-空气电池以及电解水等领域。
