[發(fā)明專利]一種CoNiFeS-OH納米陣列材料的制備及其在OER、UOR和全水解方面的應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110708228.6
• 申請(qǐng)日: 2021-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113416973B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 房彩虹;張得亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 安徽師范大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/031
• 分類號(hào): C25B11/031;C25B11/075;C25B11/061;C25B1/04;C25B3/23;C23C18/12;B82Y40/00
• 代理公司: 蕪湖安匯知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 34107
• 代理人: 尹婷婷

本發(fā)明公開(kāi)了一種CoNiFeS?OH納米陣列材料的制備及其在OER、UOR和全水解方面的應(yīng)用，將鈷鹽、鎳鹽、尿素溶于乙二醇和去離子水的混合溶劑中，超聲攪拌至溶液呈紅色，向其中加入泡沫鎳，于165～175℃水熱反應(yīng)8～12h，反應(yīng)結(jié)束后，取出泡沫鎳清洗干凈；將鐵鹽、硫脲溶于乙醇中，超聲攪拌至溶液變成乳白色，向其中加入泡沫鎳，于165～175℃溶劑熱反應(yīng)8～12h，反應(yīng)結(jié)束取出泡沫鎳清洗干凈后干燥，即可得到附著在泡沫鎳上的CoNiFeS?OH納米陣列材料；其具有較大的比表面積，其獨(dú)特的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，提供了大量的催化活性位點(diǎn)，具有良好的催化活性，且其制備工藝較為簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，適用于大規(guī)模合成。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種CoNiFeS-OH納米陣列材料的制備及其在OER、UOR和全水解方面的應(yīng)用。

背景技術(shù)

化石燃料的不斷消耗加劇了環(huán)境退化和能源危機(jī)。因此，生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，清潔能源可持續(xù)利用成為人們不斷追尋的方向。由于其高能量密度和無(wú)污染物排放，氫能量被稱為清潔和可持續(xù)的能量。電化學(xué)水分解由可再生能源的電力供電。水分裂包括在陰極的析氫反應(yīng)(HER)和陽(yáng)極析氧反應(yīng)(OER)，但需要過(guò)電位來(lái)超越高激活能量屏障，特別是對(duì)于緩慢的OER。因此，開(kāi)發(fā)高效催化劑至關(guān)重要以促進(jìn)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和能量轉(zhuǎn)換效率。

目前大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用仍是以高成本和高稀缺的Pt、Ir、Ru基氧化物在內(nèi)的貴金屬材料作催化劑。為了改善這一窘困局面，對(duì)過(guò)渡金屬的研究也在不斷深入，通過(guò)不同的方法來(lái)不斷優(yōu)化材料本身的局限性，包含有：氫氧化物，磷化物，硫化物，氮化物等。相較于貴金屬而言，過(guò)渡金屬具有應(yīng)用范圍廣、地殼儲(chǔ)量豐富和價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)。

此外，尿素電解已經(jīng)被廣泛研究，因?yàn)榕c電解水的應(yīng)用相似，尿素電解不僅可以獲得可持續(xù)的清潔H₂，而且還可以用來(lái)凈化富含尿素的廢水，所以被廣泛研究。對(duì)于尿素電解，理論上UOR的電極電位為0.37V，低于OER(1.23V，相對(duì)于RHE)。因此，與水電解相比，尿素電解可以實(shí)現(xiàn)更高的能量轉(zhuǎn)換效率。

但是目前，能夠用來(lái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)電解水析氫產(chǎn)氧和催化尿素氧化的催化劑較少。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種CoNiFeS-OH納米陣列材料及其制備方法，通過(guò)兩步水熱反應(yīng)制備出針尖狀納米陣列、且針尖狀納米陣列上附著了分層的納米片形貌的CoNiFeS-OH納米陣列材料，其具有較大的比表面積，其獨(dú)特的異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)，提供了大量的催化活性位點(diǎn)，其制備工藝較為簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件溫和，適用于大規(guī)模合成。

本發(fā)明的目的還在于提供所述CoNiFeS-OH納米陣列材料在催化電解水或電催化全解水中的應(yīng)用。

本發(fā)明的目的還在于提供所述CoNiFeS-OH納米陣列材料在催化尿素氧化中的應(yīng)用。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種CoNiFeS-OH納米陣列材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

(1)將鈷鹽、鎳鹽、尿素溶于乙二醇和去離子水的混合溶劑中，超聲攪拌至溶液呈紅色，向其中加入泡沫鎳，于165～175℃水熱反應(yīng)8～12h，反應(yīng)結(jié)束后，取出泡沫鎳清洗干凈；

(2)將鐵鹽、硫脲溶于無(wú)水乙醇中，超聲攪拌至溶液變成乳白色，向其中加入步驟(1)得到的泡沫鎳，于165～175℃溶劑熱反應(yīng)8～12h，反應(yīng)結(jié)束取出泡沫鎳清洗干凈后干燥，即可得到附著在泡沫鎳上的CoNiFeS-OH納米陣列材料。

所述鈷鹽、鎳鹽、鐵鹽分別為六水合硝酸鈷、六水合硝酸鎳、九水合硝酸鐵。

所述鈷鹽、鎳鹽、尿素、鐵鹽、硫脲的物質(zhì)的量之比為(1.5～2.5):1:(2.5～3.5):(0.15～0.35):(1.5～2.5)。

所述鈷鹽、鎳鹽、尿素、鐵鹽、硫脲的物質(zhì)的量之比優(yōu)選為2:1:3:0.25:2。