[发明专利]一种复合金属氢氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种复合金属氢氧化物及其制备方法和应用。该制备方法是将可溶性的镍盐、铜盐、铁盐溶于水中，加入络合剂，并配置成碱性缓冲溶液，采用阳极电沉积法一步合成复合金属氢氧化物。本发明所述复合金属氢氧化物为过渡金属材料，原材料储量丰富，价廉易得，制备简单，成本低廉，适宜大规模生产；相比单一的催化剂其催化效率更高，性能更加稳定，具有优越的OER催化活性。

技术领域

本发明涉及一种复合金属氢氧化物及其制备方法和应用，特别涉及一种具备高效电催化氧还原活性的镍铁铜氢氧化物复合材料，属于电催化材料技术领域。

背景技术

随着人类社会的飞速发展，煤，石油等化石能源不断被消耗，能源问题变得日益严峻。并且这些化石能源的消耗造成了一系列环境问题。为了更好的面对能源问题，发展绿色可持续的清洁能源变得日益重要。其中氢能作为绿色清洁能源具有很大的应用前景。电催化水裂解制氢气是一种有效且绿色的制备氢气的方法，其工艺简单，流程短，正成为人们研究的热点。其中碱性条件下的电催化分解水因其效率高，能耗低发展迅速。但是该过程中的阳极的氧还原反应（OER）是四电子反应过程，反应速率慢，是整个碱性条件下电解水的速控步骤。制备出具有较高催化效率的阳极OER催化剂，降低能耗，提高产率是解决这一问题可行的方案。目前用于OER的催化剂主要有IrO₂或RuO₂，但是这些贵金属催化剂价格高昂，地球储量有限，使得它们无法大面积被使用，而开发非贵金属催化剂成为了目前该领域研究的热点。

近年来，过渡金属氧化物催化剂以其高的催化活性，低廉的价格，简单的制备工艺在电催化领域引起人们的广泛关注。其中镍基催化剂显示出优良的催化性能。在此基础上改进过的复合催化剂克服了单一催化剂的弱点，其催化性能更加优异。如纳米厚度的镍铁氧化物催化剂[Xunyu Lu, Chuan Zhao. Nature communications. 2015, 6 , 1-7]在碱性条件下显示出很高的催化活性。这些无定型态的复合金属氢氧化物拥有更多的活性位点[Rodney D. L. Smith, Mathieu S. Prévot, Randal D. Fagan, Zhipan Zhang, PavelA. Sedach, Man Kit Jack Siu, Simon Trudel, Curtis P. Berlinguette. Science.2013, 340, 60-63]，因此具备更加优良的电催化性能。

发明内容

本发明解决的技术问题是，针对现有技术的不足及本领域研究和应用的需求，本发明的目的之一是提供一种价格低廉的氧还原反应催化剂的制备方法。

本发明的目的之二是提供一种具有较好电催化性能的镍铁铜氢氧化物复合电催化剂。

本发明的技术方案是，提供一种复合金属氢氧化物的制备方法，将可溶性的镍盐、铜盐、铁盐溶于水中，加入络合剂，并配置成碱性缓冲溶液，采用阳极电沉积法一步合成复合金属氢氧化物。

优选地，所述复合金属氢氧化物为镍铁铜氢氧化物。

优选地，镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的一种或几种；铜盐为硫酸铜、碳酸铜、硝酸铜、磷酸铜、氯化铜、溴化铜中的一种或几种；铁盐为硝酸铁、硫酸铁、硝酸亚铁、硫酸亚铁、氯化铁、氯化亚铁、溴化铁、溴化亚铁、磷酸铁、磷酸亚铁中的一种或几种。

优选地，所述络合剂为氨水和/或乙二胺四乙酸二钠。

优选地，所述碱性缓冲溶液为碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液。

优选地，所述阳极电沉积法是以惰性电极导电材料，如镍片或泡沫镍为基底，将基底与阳极接通后进行阳极电沉积。

优选地，所述阳极电沉积法的电沉积条件是：通入5-20mA/cm²的电流，电沉积5-20分钟。优选地，采用通入5-20mA/cm²的电流，电沉积8-12分钟。