[發明專利]一種泡沫鎳鐵合金負載的氫氧化鎳鐵納米片催化劑的磁場誘導制備方法及應用

有效

• 申請號: 202110288362.5
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113061935B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 姜魯華;曹偉;陳大偉;崔學晶
• 申請（專利權）人: 青島科技大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/054;C25B11/061;C25B1/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 青島中天匯智知識產權代理有限公司 37241
• 代理人: 韓麗萍

本發明提供了一種磁場誘導低溫合成泡沫鎳鐵合金負載的鎳鐵氫氧化物片層結構的制備方法，及其在電解水制氫陽極析氧反應中的應用。該方法利用內置磁鐵誘導水熱合成中鎳鐵磁性離子的成核和生長方向，在泡沫鎳鐵合金表面導向性生成晶型良好的片層狀NiFe氫氧化物。具體地說，將吸貼在一起的磁鐵塊和泡沫鎳鐵合金內置于水熱反應釜底部，再將鎳鹽、鐵鹽和尿素的水溶液置于水熱反應釜內，在一定溫度下進行水熱反應，保溫一段時間后即得到生長有鎳鐵氫氧化物納米片的泡沫鎳鐵合金。磁誘導低溫合成方法避免了高溫水熱合成中NiFe表面組分改變及高能耗，所制備的NiFe氫氧化物具有良好的片層結構，并對電解水析氧反應具有良好的催化活性。該制備方法制備工藝簡單，易于放大。

技術領域

本發明涉及一種利用磁場誘導技術制備泡沫鎳鐵合金負載的氫氧化鎳鐵納米片催化劑的方法，及其在電解水制氫陽極析氧反應中的應用，屬于無機材料技術領域。

背景技術

電解水制氫是生成綠色氫能的有效途徑，但電解水陽極析氧半反應為四電子過程，反應歷程復雜,過電位高,是高耗能反應。開發高活性和穩定性的析氧催化劑對降低電解水陽極反應過電位，降低電能消耗至關重要。

目前，銥和釕氧化物是良好的析氧反應催化劑，然而貴金屬儲量低、成本高，難以規模化應用。發展高效、低成本析氧反應催化劑對規模化電解水制氫至關重要。近年來，層狀鎳鐵氫氧化物(NiFe LDH)因其較高的析氧性能、低廉的價格和良好的穩定性引起了研究者的廣泛關注。目前的研究聚焦于探討鎳鐵氫氧化物在析氧反應中的活性位，以及通過摻雜不同金屬得到組分和形貌不同的NiFe LDH。磁場作為一種空間作用力，可以無損傷地作用于磁性材料，并調控磁性材料的形貌。Zou等人(Nano Energy,2018,51,349-357)報道了在磁場輔助下，將Ni和Co磁性納米粒子自組裝成Ni-Co合金納米線，并用于析氫反應。Li等人(Renewable Energy，2021，165，612-618)在磁場作用下利用電沉積法制備了泡沫鎳負載的Ni-S-CoFe₂O₄納米花，并用于析氧反應。從以上研究可見，磁場對磁性材料的生長具有一定的調控作用。對于NiFe LDH的制備，目前多采用水熱合成，通過調控水熱反應溫度、pH等參數調變LDH的形貌。通常水熱溫度高于120℃才能形成具有較好的片層結構的NiFe LDH，不僅能耗高，而且高溫下NiFe LDH表面結構和組成易發生變化，從而催化活性降低。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供了一種低溫下合成泡沫鎳鐵合金負載層狀NiFe氫氧化物的制備方法。該方法利用內置磁鐵誘導水熱合成中鎳鐵磁性離子的成核方向，在泡沫鎳鐵合金表面導向性生成晶型良好的片層狀NiFe氫氧化物，避免了高溫水熱合成中NiFe表面組分的變化及高能耗。該方法制備的NiFe氫氧化物對電解水析氧反應表現出良好的催化活性。

為實現上述目的，本發明采用以下具體方案來實現：

一種磁場誘導的泡沫鎳鐵合金負載層狀NiFe LDH催化劑及其低溫制備方法，將尿素水溶液滴加到含有鎳鹽和鐵鹽的水溶液中，倒入水熱反應釜內，再將磁鐵塊和泡沫鎳鐵合金貼合在一起，內置于水熱反應釜底部，在一定溫度下進行水熱反應，保溫一段時間后即得到負載有鎳鐵氫氧化物納米片的泡沫鎳鐵合金；

進一步的，所述泡沫鎳鐵合金中的鐵含量可以是0％～100％；

進一步的，所述水熱反應時間為6-12小時，溫度為40℃～120℃。

進一步的，所述鐵鹽和鎳鹽可以是硝酸鹽、氯鹽；

進一步的，所述硝酸鎳、硝酸鐵與尿素的摩爾比為1：0.5：4；

進一步的，所述磁鐵為永磁鐵。

本發明與現有技術相比，具有如下的優點和效果：