[發明專利]一種三元金屬氫氧化物電催化劑及其制備方法

在審

• 申請號: 201811294274.0
• 申請日: 2018-11-01
• 公開（公告）號: CN109201069A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發明（設計）人: 馮亮亮;杜盈盈;黃劍鋒;曹麗云;馮李
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: B01J23/847
• 分類號: B01J23/847
• 代理公司: 西安西達專利代理有限責任公司 61202
• 代理人: 劉華

本發明提供了一種三元金屬氫氧化物電催化劑，具有由Ni?Al?V三元金屬氫氧化物組成的納米級花瓣狀片狀形貌。該三元金屬氫氧化物電催化劑的制備方法包括以下步驟：將泡沫鎳浸泡在含有鎳源、鋁源、釩源、及尿素的分散體中，溶劑熱反應得到一種三元金屬氫氧化物電催化劑。本發明提供的方法操作簡單，制備三元金屬氫氧化物電催化劑，其形貌均勻，相比于一般的二元LDH樣品及少數的三元金屬氫氧化物電催化劑，其形貌增加了電化學活性面積，極大的提高了其電催化產氫產氧性能。

技術領域

本發明屬于非貴金屬電催化劑技術領域，具體涉及一種三元金屬氫氧化物電催化劑及其制備方法。

背景技術

水裂解提供了一種有前景的化學途徑，將地球上儲量豐富的水資源裂解產生氫氣和氧氣，裂解產生的氫氣和氧氣可以儲存作為新型能源，然而，水裂解過程面臨的最大問題是電催化劑的制備及革新，目前，商業上最有效的電催化劑是貴金屬材料，析氧反應（OER）的現有技術的電催化劑是RuO2和IrO2，析氫反應（HER）現有技術的電催化劑是（Pt），但貴金屬的稀缺性和高成本限制了它們在水電解中的應用。因此，迫切需要開發用于可再生能源應用的高效，豐富且廉價的電催化劑。

最近，已開發出各種非貴金屬電催化劑（如：過渡金屬硫化物、過渡金屬磷化物、碳化物、氮化物等等）都具有不錯的電催化性能。在多種催化劑中，層狀雙氫氧化物（LDH）被認為是潛在的電催化材料。因為LDH具有特殊的層狀結構，可調的化學成分和插入的陰離子等。因此，已經有研究通過制備不同類型的過渡金屬基LDH，以滿足一些在電催化方面的應用，且現在大多說人使用的是二元LDH材料，例如，Olivertolentino M A, Vázquezsamperio J, Manzorobledo A, et al. An Approach to Understanding theElectrocatalytic Activity Enhancement by Superexchange Interaction toward OERin Alkaline Media of Ni–Fe LDH[J]. Journal of Physical Chemistry C, 2014, 118(39):22432.中發明了 Ni–Fe 二元LDH，且在堿性條件下只有產氧性能，Khan S B, Khan SA, Asiri A M. A fascinating combination of Co, Ni and Al nanomaterial foroxygen evolution reaction[J]. Applied Surface Science, 2016, 370:445-451.中制備了Co-Ni - Al三元LDH，其在堿性條件下只有產氫性能，且其制備方法復雜。 因此，本發明中通過一步水熱法制備一種三元金屬氫氧化物電催化劑。通過控制其合成，使其在堿性條件下皆有有意的產氧性能，又有優異的產氫性。相比于原始LDH的一些缺點，例單層的強表面電荷密度，導致層的重新堆積和聚集，使制備的電催化劑具有較小的電化學表面積等問題，極大地提高了樣品的電化學活性面積和導電性，也是樣品性能提高的主要原因。

發明內容

本發明是要制備一種三元金屬氫氧化物，其主要目的是通過簡單、廉價的方法制備一種高活性、高穩定性的電催化劑。

本發明所涉及的一種非貴金屬催化劑，為由以下制備方法所得到的產物：

1）將待處理的泡沫鎳泡入純的丙酮和稀鹽酸溶液中超聲處理，然后分別用乙醇和超純水洗滌并干燥，得到預處理泡沫鎳；

2）稱取一定比例的鎳源與鋁源溶于溶液中攪拌，得到溶液A。其中，鎳源、鋁源、及溶劑的比例為（5-12）mmol：（1-2）：mmol（20-40）mL；

3）將釩源加入溶液A中攪拌得到不透明溶液B,其中，釩源于溶液A的比例為（0.1-1）mmol：（20-40）mL；

4）將尿素加入不透明溶液B中攪拌得到溶液C，其中，尿素與溶液B的的比例為（8-10）mmol：（20-40）mL；