[發明專利]一種羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物電催化劑的制備及其應用

有效

• 申請號: 202110734091.1
• 申請日: 2021-06-30
• 公開（公告）號: CN113463129B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 魯效慶;林小靖;王兆杰;魏淑賢;劉思遠
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物復合材料的制備方法及其高效電催化析氧應用，該復合材料是由原位生長在泡沫鎳表面的羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物構成，其表達式為NFLC?LDH@NF，屬于新能源材料合成技術領域。該發明以商用的泡沫鎳作為模板及鎳源，通過引入鋰離子，經過簡單的一步浸泡處理，即得到含有羧基配體的高性能電解水產氧催化劑(NFLC?LDH@NF)。本發明的合成方法可以簡單有效的將鋰摻入鎳鐵層狀氫氧化物中，并在層間引入羧基配體，豐富了層狀氫氧化物的合成方法。通過控制前驅體的量可以有效調節電子結構及層間配體，表現出優異的電催化析氧活性，適用于新能源開發領域。

技術領域

本發明屬于新能源納米材料合成及電化學技術領域，具體的說，涉及一種高效的羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物電催化析氧復合材料的合成及其應用。

背景技術

能源與環境問題已經成為21世紀以來人類所面臨的兩大亟需解決的問題，發展氫能對加快推進我國能源生產和消費革命，保障能源安全，推進能源產業升級發展具有重大意義。氫氣能量密度高、綠色環保，是未來構建以清潔能源為主的多元能源供給系統的重要載體，其開發與利用已經成為新一輪世界能源技術變革的重要方向。電解水制氫是一種清潔、高效的氫氣制備方法，但是目前電解水產氫面臨高成本、低效率等問題，因此，開發出一種廉價而又高效的電解水催化劑成為了當前亟需解決的問題。

過渡金屬氫氧化物具有二維層狀結構和高度可調的化學成分，在催化、燃料分解、電池和電容器中有著廣泛的應用。因其優異的電解水催化性能、低廉的價格以及簡單的制備方法，過渡金屬氫氧化物逐漸發展成為了替代貴金屬電解水催化劑的理想選擇。然而，較差的導電性和穩定性，限制了其實際工業應用。研究發現，層狀氫氧化物的邊緣位是活性位，而基面是惰性位。因此，通過合理的結構設計，暴露更多的邊緣活性位點是提高其催化活性的關鍵。在層間插入合適的配體，可以優化析氧反應中間體的吸附能，降低反應能壘，促進其工業生產應用。

發明內容

本發明提供了一種高效的羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物復合材料及其合成方法和電催化析氧應用，實現了鎳鐵層狀氫氧化物電子結構優化和促進質子轉移的插層設計。

本發明針對鎳鐵層狀氫氧化物電催化活性低、合成調控過程繁瑣等問題，提供了一種原位生長在泡沫鎳表面的羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物復合納米材料，并用于高效電催化分解水產氧氣。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現：

一方面，本發明提供了一種高效的羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物析氧復合材料，所述析氧復合材料為具有二維-三維超級結構和特定質子轉移中心的鎳鐵鋰層狀氫氧化物，記為NFLC-LDH@NF。

另一方面，本發明還提供了該高效的羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物析氧復合材料的制備方法，主要的實施步驟如下：

(1)泡沫鎳的清洗處理；

(2)強堿弱酸鹽前驅體溶液配制；

(3)步驟(1)得到的泡沫鎳浸泡在步驟(2)前驅體溶液中，在一定溫度下靜置反應。進一步地，上述高效的羧基插層鎳鐵鋰層狀氫氧化物析氧復合材料的具體制備方法如下：

(1)泡沫鎳前驅體處理方法如下：將泡沫鎳在無水乙醇溶液中超聲清洗15～30分鐘，去離子水沖洗后轉移到稀鹽酸溶液中繼續超聲清洗15～30分鐘，以除去表面的油脂和氧化層。將得到的泡沫鎳在真空干燥箱中干燥2小時后備用。

(2)強堿弱酸鹽前驅體配制方法如下：將0.1～0.7克硝酸鐵溶于水中，攪拌3～5分鐘，得到溶液A。然后向溶液A中加入0.03～0.1克醋酸鋰，繼續攪拌5～10分鐘，得到強堿弱酸鹽前驅體溶液。