[發明專利]一種山丘狀原位鎳釩雙金屬氫氧化物催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201911069328.8
• 申請日: 2019-11-05
• 公開（公告）號: CN110699702B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 曹麗云;何丹陽;馮亮亮;黃劍鋒;吳建鵬;趙亞娟;楊丹
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C25B11/03
• 分類號: C25B11/03;C25B11/06;C25B1/04;B01J23/847
• 代理公司: 西安眾和至成知識產權代理事務所(普通合伙) 61249
• 代理人: 強宏超

本發明公開一種山丘狀原位鎳釩雙金屬氫氧化物催化劑及其制備方法和應用，步驟一：泡沫鎳預處理；步驟二：取氯化釩和尿素同時加入到醇和氮甲基吡咯烷酮的混合溶劑；步驟三：將泡沫鎳浸泡在溶液A中于115～125℃下進行23～25h的溶劑熱反應；步驟四：反應結束后，將反應釜自然冷卻至室溫后，經過水醇交替清洗后并收集烘干，得到山丘狀原位鎳釩雙金屬氫氧化物催化劑；本發明采用溶劑熱法具有制備過程簡單、低的合成溫度、不需要大型的設備和苛刻的條件等特點，制備的山丘狀原位鎳釩雙金屬氫氧化物催化劑的高活性和高穩定性，在堿性和中性條件下具有良好的全解水性能。

技術領域

本發明屬于電催化材料領域，具體涉及一種山丘狀原位鎳釩雙金屬氫氧化物催化劑及其制備方法和應用。

背景技術

隨著環境污染的日益加劇和化石燃料的快速消耗，開發可再生持續能源勢在必行。由于其無碳量的排放，電解水制備氫氣(H₂)和氧氣(O₂)被認為是最具有前景和競爭力的解決方案之一^[1]在電催化領域，貴金屬基材料(Pt、Ru或Ir的氧化物)是目前最好的產氫電催化劑，而稀缺性和高成本嚴重限制了它們的實際應用。

因此，近幾年來，科研工作者致力于開發由地殼高豐度元素構成的、高催化活性的非貴金屬產氫電催化劑。Ni基層狀雙金屬氫氧化物(LDH)長期以來被認為是很有前途的陽極催化劑，其性能可以通過摻雜雜原子^[2](過渡金屬V、Fe、Co和Mn等；非金屬N、S、P、Se等)和與導電基底復合^[3](碳納米管、泡沫鎳、石墨烯和碳纖維紙等)等方法進一步提高。因此，Ni基LDH作為氧析出反應(OER)陽極催化劑和氫析出反應(HER)陰極催化劑顯示出巨大的潛力，并最終能在低的工作電位下驅動整體水裂解反應。Luan^[4]等人報道了關于二維α-Ni(OH)₂材料的結構對電催化析氧反應性能的影響，通過調控不同的溶劑配比，制備了四種不同結構(蓓蕾狀、花朵狀、花瓣狀、片狀)的α-Ni(OH)₂材料。

實驗表明，類花瓣狀的α-Ni(OH)₂催化劑具有高效的產氫產氧特性，高的電催化活性及穩定性，這可歸因于其的尺寸小，使得其邊界活性位點越多，有利用暴露出更多的活性位點、增加了表面積、有助于電解質滲透，同時具有良好的韌性，顯著改善了電催化活性。此外，在之前的關于LDH合成報道中，使用的溶劑主要是水或是水和醇的混合溶劑，很少有人使用醇和氮甲基吡咯烷酮混合作為溶劑報道。

[1]Zou X,Zhang Y.Noble Metal-Free Hydrogen Evolution Catalysts forWater Splitting.Chem.Soc.Rev.2015,44,5148-5180.

[2]Jiang J,Sun F,Zhou S,et al.Atomic-level insight into super-efficient electrocatalytic oxygen evolution on iron and vanadium co-dopednickel(oxy)hydroxide[J].Nature Communications,2018,9(1):2885.

[3]Ren J,Yuan G,Weng C,Chen L and Yuan Z.Uniquely integrated Fe-dopedNi(OH)₂nanosheets for highly efficient oxygen and hydrogen evolutionreactions[J].Nanoscale,2018,10,10620-10628.