[發(fā)明專利]異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910390168.0
• 申請(qǐng)日: 2019-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN110026208B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 耿保友;任黎明
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): B01J27/043
• 分類號(hào): B01J27/043;C25B1/04;C25B11/054;C25B11/061;C25B11/091
• 代理公司: 北京潤(rùn)平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11283
• 代理人: 張苗;張海應(yīng)

本發(fā)明公開了一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該制備方法包括：1)在溶劑的存在下，將鐵源、鎳源、氟化銨、尿素與泡沫鎳進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)以制得NiFe?LDH/泡沫鎳復(fù)合材料；2)在溶劑的存在下，將鎳源、硫源于NiFe?LDH/泡沫鎳復(fù)合材料進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)以制得異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑。該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑與基底結(jié)合緊密，結(jié)晶度高，具有較低的過(guò)電勢(shì)，良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，進(jìn)而其能夠應(yīng)用于析氧反應(yīng)和析氫反應(yīng)中，同時(shí)該制備方法原料簡(jiǎn)單、操作方便。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及復(fù)合物陣列電催化劑，具體地，涉及一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著化石燃料的不斷消耗和環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)重，尋求一種環(huán)境友好型、可持續(xù)的新能源勢(shì)在必行。由于其較高燃燒能量以及燃燒產(chǎn)物的零碳排放，氫氣被認(rèn)為是一種理想的替代傳統(tǒng)化石能源的可持續(xù)新能源。電解水是生產(chǎn)高純度和大批量氫氣最主要的方法之一。近年來(lái)，一些貴金屬及其氧化物，如Pt、Ru、Ir、RuO₂和IrO₂等，由于具有較大的交換電流密度和較低的過(guò)電位，被普遍認(rèn)為是目前最佳的析氧析氫電催化劑。然而，其高成本和稀缺性嚴(yán)重限制了它們的大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用。此外，同一種催化劑在酸性或堿性條件下往往表現(xiàn)出不同的析氧反應(yīng)(OER)和析氫反應(yīng)(HER)活性。因此，設(shè)計(jì)高效、穩(wěn)定、價(jià)格低廉且能在同一介質(zhì)中工作的非貴金屬雙功能電催化劑是加速電解水技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

鐵鎳基層狀雙氫氧化物(NiFe-LDH)具有較高的氧化還原活性、可控的組成和結(jié)構(gòu)不斷地被研究人員證明其在電解水領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，但是往往所制備的NiFe-LDH催化劑與基底結(jié)合力小，結(jié)晶度低，并且與其他材料復(fù)合時(shí)，導(dǎo)致其暴露的活性位點(diǎn)被遮擋，從而催化活性降低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑及其制備方法和應(yīng)用，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑與基底結(jié)合緊密，結(jié)晶度高，具有較低的過(guò)電勢(shì)，良好的電化學(xué)穩(wěn)定性，進(jìn)而其能夠應(yīng)用于析氧反應(yīng)和析氫反應(yīng)中，同時(shí)該制備方法原料簡(jiǎn)單、操作方便。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑的制備方法，包括：

1)在溶劑的存在下，將鐵源、鎳源、氟化銨、尿素與泡沫鎳進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)以制得NiFe-LDH/泡沫鎳復(fù)合材料；

2)在溶劑的存在下，將鎳源、硫源于NiFe-LDH/泡沫鎳復(fù)合材料進(jìn)行溶劑熱反應(yīng)以制得異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑。

本發(fā)明還提供了一種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑，其特征在于，異質(zhì)結(jié)構(gòu)的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑通過(guò)上述的制備方法制備而得。

本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種如上述的鐵鎳基層狀雙氫氧化物@二硫化三鎳復(fù)合物陣列電催化劑在析氫反應(yīng)和析氧反應(yīng)中的應(yīng)用。

在上述技術(shù)方案中，本發(fā)明的異質(zhì)結(jié)構(gòu)的NiFe-LDH@Ni₃S₂復(fù)合物陣列通過(guò)簡(jiǎn)單的兩步溶劑熱法制備而得，制備過(guò)程中所加的原料簡(jiǎn)單，所得產(chǎn)物的形貌均一，與泡沫鎳基底結(jié)合緊密，結(jié)晶度高，電化學(xué)性能優(yōu)異。該方法克服現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)手段制備的傳統(tǒng)表面生長(zhǎng)納米片的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致活性位點(diǎn)暴露不足的問(wèn)題，使其能很好地應(yīng)用于電化學(xué)催化等領(lǐng)域中。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：