[發明專利]Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位電極的制備方法

在審

• 申請號: 202210367432.0
• 申請日: 2022-04-08
• 公開（公告）號: CN114792810A
• 公開（公告）日: 2022-07-26
• 發明（設計）人: 黃妞;李佳樂;駱禪;呂銘輝
• 申請（專利權）人: 三峽大學
• 主分類號: H01M4/86
• 分類號: H01M4/86;H01M4/88;H01M12/06
• 代理公司: 宜昌市三峽專利事務所 42103
• 代理人: 成鋼

本發明提供了一種Fe(Ni)?NCNTs@NiFe?LDH原位電極的制備方法。先利用水浴法在碳布（CC）上制備出雙層氫氧化物（Fe(Ni)?LDH）前驅體，然后在前驅體上附著聚多巴胺（PDA），再經過化學氣相沉積法（CVD法）退火制備出Fe(Ni)?NCNTs，最后再次利用水浴法在Fe(Ni)?NCNTs上生長出鎳鐵雙層氫氧化物，即制備出最終樣品Fe(Ni)?NCNTs@NiFe?LDH。本發明技術方案所需原料成本低廉、操作簡單、耗時短、環境污染較小等多個優點；所制備的Fe(Ni)?NCNTs@NiFe?LDH原位電極具有優異的ORR和OER雙性能，穩定性優異，具有豐富的活性位點，能為后續研究鋅空電池提供優良的電極材料。

技術領域

本發明涉及多組分多功能材料的制備，應用屬于電催化和能量轉換材料與器件領域。

背景技術

鑒于全球能源短缺和氣候變化問題，開發生產可持續能源的先進技術變得至關重要。可逆鋅空氣電池性能穩定、無污染、理論能量密度高(1084Wh·kg)，是解決當前全球能源危機和嚴重環境問題的有希望的替代品。然而，充電過程中固有的析氧反應(OER)動力學降低和放電過程中的氧還原反應(ORR)活性不足嚴重阻礙了其商業化。因此，探索高效的雙功能催化劑仍然是一個巨大的挑戰。

NiFe雙層氫氧化物(NiFe-LDH)納米片作為低成本非貴金屬催化劑以其卓越的OER催化活性而廣為人知。然而，其固有的低導電性和自團聚性，以及僅有單一OER活性無ORR性能，嚴重阻礙了其在可逆鋅空氣電池中的應用。為了克服NiFe-LDH的這些缺陷，研究人員嘗試將NiFe-LDH與各種碳基質結合起來，以提高其導電性(Angew.Chem.,Int.Ed.2014,53,7584–7588.Adv.Mater.2015,27,7051–7057.)，或將其與ORR活性材料物理混合，以獲得雙功能性能(Energy Environ.Sci.2016,9,2020–2024)。M(Fe、Ni)-N-C基催化劑被證實是潛在的ORR催化劑，其性能甚至優于Pt/C，但其自身穩定性較差。

為提升M(Fe、Ni)-N-C基催化劑穩定性和OER性能，我們擬制備出在M-N-C表面引入NiFe-LDH催化劑即Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位電極。所制備的Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位電極擬具有優異的ORR和OER雙性能，穩定性優異，具有豐富的活性位點，能為后續研究鋅空電池提供優良的電極材料。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了一種Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位電極的制備方法，其制備包括如下步驟：

S1、制備Fe(Ni)-LDH前驅體：將檸檬酸亞鐵、尿素溶解于UP水中得到混合溶液，然后將混合溶液轉移到水浴管中，將碳布完全浸入溶液中經過在一定時間和一定溫度的反應制得Fe(Ni)-LDH前驅體；

S2、包裹聚多巴胺：在Tris溶液中溶入一定量的鹽酸多巴胺，將負載有Fe(Ni)-LDH前驅體的碳布懸掛在混合液中，放置一段時間以附著PDA；

S3、制備Fe(Ni)-NCNTs：在氬氣氣氛下以雙氰胺作為固氮源，利用CVD法將附著PDA的Fe(Ni)-LDH前驅體放置于管式爐中，燒結制備出Fe(Ni)-NCNTs；

S4、制備Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位電極：將檸檬酸亞鐵、氯化鎳、尿素、十六烷基三甲基溴化銨溶解于UP水中，然后將溶液轉移到水浴管中，將Fe(Ni)-NCNTs完全浸入溶液中經過在一定時間和一定溫度的反應制得最終樣品Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH。

S1中，檸檬酸亞鐵與尿素質量比為1:3-1:4，水浴的溫度維持到95-100℃，時間為3-4h，優選為水浴的溫度維持到95℃，時間為3h。

S1中的混合溶液中還添加有氯化鎳，氯化鎳的添加量氯化鎳與檸檬酸亞鐵濃度比為1:1-1:3。