[发明专利]一种用于析氧的纳米多孔Ni-Fe双金属层状氢氧化物电催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种用于析氧的纳米多孔Ni‑Fe双金属层状氢氧化物电催化材料及其制备方法和应用，属于新材料技术和电催化领域。该方法包括以下步骤：（1）将Ni‑Fe合金基体浸入到电解液中；所述电解液含有0.5~3wt%的NH₄F、10~25wt%的H₂O、25~40wt%的乙二醇和32~60wt%的磷酸；（2）对浸入到电解液中的Ni‑Fe合金基体进行恒压阳极氧化处理；（3）对步骤（2）处理后的样品进行碱性水热处理，处理后清洗吹干，得到用于析氧的纳米多孔Ni‑Fe双金属层状氢氧化物电催化材料。本发明制备的电催化材料具有较高的催化活性、良好的电化学稳定性，制备工艺简单、高效、成本低。

技术领域

本发明涉及新材料技术和电催化领域，具体涉及一种用于析氧的纳米多孔Ni-Fe双金属层状氢氧化物电催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，碱性电解水技术由于原料来源广、工艺简单、技术可靠、易于得到高纯度氢气、无污染等优点，被认为是最有前途和可持续性的制氢方法，而得到了广泛的研究和关注。然而，传统的以IrO₂/C、RuO₂为主的贵金属催化剂由于经济成本高、储量有限等缺点，极大的限制了电解水技术的工业应用。而过渡金属，尤其是Ni，因其较高的析氧性能、低廉的价格和良好的稳定性引起了研究者的广泛关注。但是Ni的单金属（氢）氧化物与贵金属催化剂相比，依然存在活性较低的缺点。所以，研究者们通过掺杂其他过渡金属元素，如Co、Mo、Fe等，制备出了电析氧催化活性较高的Ni基双/多金属（氢）氧化物。其中，Ni-Fe双金属（氢）氧化物被认为具有最高的电析氧催化活性。

阳极催化电极是电解水装置的重要组成部分，用来减小阳极析氧所需过电位，提高电解效率。其催化活性很大程度上取决于催化剂的表面形貌和晶体结构。纳米多孔形貌和结构已被证明是可以有效提高电极催化活性的方法。大量的研究都致力于通过不同的方法制备纳米多孔的Ni-Fe基双金属（氢）氧化物催化剂材料，如原子层沉积法、电化学沉积法、溶胶-凝胶法等。上述制备方法虽然在析氧电催化活性上取得了长足的进步，但仍然存在工艺过程复杂，所使用药品毒性大、易残留等缺陷，难以大规模工业化生产，或者在制备过程中需要使用添加剂和导电剂，降低了催化剂与基体的结合力，从而导致其稳定性下降。因此，开发一种简单高效经济的制备具有高电催化活性和高稳定性的Ni-Fe基双金属（氢）氧化物纳米多孔催化剂的方法对电解水的大规模工业化有着重要的现实意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点和不足，本发明的目的之一是提供一种用于析氧的纳米多孔Ni-Fe-LDH电催化材料，该材料催化活性高，稳定性好。

本发明的目的之二在于提供上述用于析氧的纳米多孔Ni-Fe-LDH电催化材料的制备方法，制备工艺简单。

本发明的目的之三在于提供上述用于析氧的纳米多孔Ni-Fe-LDH电催化材料的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种用于析氧的纳米多孔Ni-Fe双金属层状氢氧化物电催化材料的制备方法，包括如下步骤：

（1）将Ni-Fe合金基体作为阳极，放入盛有电解液的电解槽中；所述电解液含有0.5~3wt%的NH₄F、10~25wt%的H₂O、25~40wt%的乙二醇和32~60wt%的磷酸；

（2）对浸入所述电解液中的Ni-Fe合金基体进行恒压阳极氧化处理，电压为2.5~7.5V，电解液的温度为20~30℃，阳极氧化的时间为15~40min；

（3）对步骤（2）阳极氧化处理后所得样品进行碱性水热处理，再分别用水和酒精清洗干净后烘干，得到用于析氧的纳米多孔Ni-Fe双金属层状氢氧化物（Ni-Fe-LDH）电催化材料。