[发明专利]一种富缺陷Fe

说明书

本发明涉及一种富缺陷Fe₂O₃‑FeF₂纳米多孔薄膜、制备方法及其应用，目的是解决现有的析氢和析氧双功能电催化剂制备过程复杂、反应温度高、制备周期长和成本高的技术问题。本发明的技术方案是：首先对普通铁箔作阳极氧化处理，然后NH₄F作为氟源，在氩气气氛下，通过化学气相沉积(CVD)的方法，对阳极氧化处理后的铁箔进行氟化反应，自然冷却到室温即可制备得到Fe₂O₃‑FeF₂纳米多孔薄膜。本发明制备工艺简单，仅需要阳极氧化设备、CVD炉，不需要特殊气氛、压强环境即可完成Fe₂O₃‑FeF₂复合纳米多孔薄膜制备，制备得Fe₂O₃‑FeF₂纳米多孔薄膜含有FeF₂和Fe₂O₃两相，富含缺陷具有电催化析氢和析氧活性高、起始电势低，电流密度大、塔菲尔斜率小、性能稳定等优点。

技术领域

本发明属于铁基纳米多孔薄膜材料领域，具体涉及一种富缺陷Fe₂O₃-FeF₂纳米多孔薄膜、制备方法及其应用。

背景技术

随着化石燃料等不可再生资源的消耗和日益严重的环境问题，开发清洁、可持续的新能源受到了世界各国的广泛关注。氢能源具有高燃烧热值、高热效率、高能量密度、零排放等优点，被认为是最有可能替代化石燃料的清洁能源之一。目前氢气的工业生产主要有三种技术：甲烷蒸汽转化、煤气化、电解水制氢技术。但是，前两种基于化石燃料的制氢技术，都会伴随空气污染和二氧化碳排放等环境问题。而电解水制氢技术涉及两个重要的基本反应：阴极水的还原生成氢气和阳极水的氧化生成氧气，即析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。电化学阴极析氢是一种清洁无污染的制氢技术，表现出更广泛的应用前景。但是由于电解水过程中析氢和析氧反应过电位的存在，工业上电解水的电压一般在1.65～2.2V，导致该过程的电能消耗大、成本高。高效的电催化剂可以有效降低电解水的活化能，从而降低电解水反应的过电势，降低电解水制氢技术的成本，提高能量转化的效率。

铂系金属及其化合物是理想的析氢反应的电催化剂，其过电势几乎为零，以及非常小的塔菲尔斜率(30mV/dec)。但是，由于铂系贵金属资源稀缺，大大地限制了其作为电解水制氢催化剂的应用。过渡金属Fe的硫化物、氧化物由于价格低廉、储存丰富，具有良好的电催化活性。另一方面，在碱性溶液中，贵金属氧化物(RuO₂和IrO₂)是最高效的析氧反应电催化剂，但是同样由于其稀有性，限制了其应用。虽然Pt和RuO₂分别是良好的析氢和析氧反应的电催化剂，但是由于Pt的氧化反应和RuO₂的还原反应会引起催化剂的失活，在同一pH的溶液中它们并不具备析氢和析氧双功能电催化性能。同时，大多数基于非贵金属的过渡金属的析氢反应的电催化剂在酸性电解液中高效且稳定，但在碱性条件电催化活性降低、不稳定。因此，研究开发一种在同一pH溶液中具有析氢和析氧双功能的电催化剂受到了广泛关注。