[发明专利]金属比例可调的FeNiCo含氧化合物纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种金属比例可调的FeNiCo含氧化合物纳米片及其制备方法，包括如下步骤：S1采用常温静置沉淀法制备金属有机框架ZIF‑67；S2按一定比例称取FeSO₄·7H₂O和NiSO₄·6H₂O，充分溶解于去离子水中得A液；另取适量步骤S1所得的金属有机框架ZIF‑67粉末，充分分散于无水乙醇中得B液；S3将B液迅速倒入A液，搅拌；S4将步骤3)所得到的产物洗涤，离心产物进行冷冻干燥，即得形貌均一的FeNiCo含氧化合物纳米片。本发明的有益效果是：将其作为电催化水分解的阳极，析氧催化性能优异。该材料的合成工艺简单、成本低廉、环境友好、可重复性极高。

技术领域

本发明属于纳米材料与电化学技术领域，具体涉及一种金属比例可调的FeNiCo含氧化合物纳米片及其制备方法，其可以作为析氧反应的催化剂材料。

背景技术

现今，人类对化石能源的需求急剧增加，这在导致传统能源材料日渐枯竭的同时也使得人们对能源危机、能源安全以及使用化石能源所导致的环境污染问题的担忧日益增长。如果能够高效、环保、低成本地生产氢气——这种安全、清洁、可持续的替代能源——将可解决不断增长的全球能源需求。

电解水制氢是清洁可再生能源发展的重要途径之一。水的电解包括析氢和析氧两个反应，制约其发展的重大挑战之一就是析氧反应（oxygen evolution reaction, OER）需要消耗极大的能量。析氧反应涉及多步质子耦合和电子转移过程，反应过程在动力学上较为缓慢，因此需要电催化剂促进反应进行、降低能量消耗。目前为止，最好的电催化析氧催化剂是 RuO₂、IrO₂等贵金属基化合物，但是它们资源匮乏、价格昂贵，大规模应用受到了限制。因此，面向电催化析氧反应的高效、廉价、长寿命电催化剂的开发对于电解水制氢的发展起着举足轻重的作用。

过渡金属氧化物及其衍生物，由于具有丰富的储量、较高的活性、易于调控的位点，在电催化领域受到了较为广泛的研究。金属有机框架（metal-organic frameworks,MOFs）是由金属离子和有机配体络合形成的一类晶体材料，ZIF-67是典型的由过渡金属Co和2-甲基咪唑配位形成的一类MOF，由于金属离子和配体之间的键合程度容易受到其它化合物的影响而发生断裂重构，因此ZIF-67可以作为模板构筑新型纳米材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺简单、成本低廉、环境友好，而且电催化析氧性能优异的金属比例可调的FeNiCo纳米片及其制备方法，其可作为析氧反应的催化剂材料。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：金属比例可调的FeNiCo含氧化合物纳米片，其厚度8-10 nm，形貌均一，比表面积可达130m²·g^-1以上，电化学有效面积大，其结晶程度介于无定型和晶体结构之间。

所述的金属比例可调的FeNiCo含氧化合物纳米片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

S1采用常温静置沉淀法制备金属有机框架ZIF-67；

S2按一定比例称取FeSO₄·7H₂O和NiSO₄·6H₂O，充分溶解于去离子水中得A液；另取适量步骤S1所得的金属有机框架ZIF-67粉末，充分分散于无水乙醇中得B液；

S3将B液迅速倒入A液，搅拌；

S4将步骤3）所得到的产物洗涤，离心产物进行冷冻干燥，即得形貌均一的FeNiCo含氧化合物纳米片。

按上述方案，所述的金属有机框架ZIF-67粒径为800 nm。