[发明专利]一种三元金属氢氧化物电催化剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种三元金属氢氧化物电催化剂，具有由Ni‑Al‑V三元金属氢氧化物组成的纳米级花瓣状片状形貌。该三元金属氢氧化物电催化剂的制备方法包括以下步骤：将泡沫镍浸泡在含有镍源、铝源、钒源、及尿素的分散体中，溶剂热反应得到一种三元金属氢氧化物电催化剂。本发明提供的方法操作简单，制备三元金属氢氧化物电催化剂，其形貌均匀，相比于一般的二元LDH样品及少数的三元金属氢氧化物电催化剂，其形貌增加了电化学活性面积，极大的提高了其电催化产氢产氧性能。

技术领域

本发明属于非贵金属电催化剂技术领域，具体涉及一种三元金属氢氧化物电催化剂及其制备方法。

背景技术

水裂解提供了一种有前景的化学途径，将地球上储量丰富的水资源裂解产生氢气和氧气，裂解产生的氢气和氧气可以储存作为新型能源，然而，水裂解过程面临的最大问题是电催化剂的制备及革新，目前，商业上最有效的电催化剂是贵金属材料，析氧反应（OER）的现有技术的电催化剂是RuO2和IrO2，析氢反应（HER）现有技术的电催化剂是（Pt），但贵金属的稀缺性和高成本限制了它们在水电解中的应用。因此，迫切需要开发用于可再生能源应用的高效，丰富且廉价的电催化剂。

最近，已开发出各种非贵金属电催化剂（如：过渡金属硫化物、过渡金属磷化物、碳化物、氮化物等等）都具有不错的电催化性能。在多种催化剂中，层状双氢氧化物（LDH）被认为是潜在的电催化材料。因为LDH具有特殊的层状结构，可调的化学成分和插入的阴离子等。因此，已经有研究通过制备不同类型的过渡金属基LDH，以满足一些在电催化方面的应用，且现在大多说人使用的是二元LDH材料，例如，Olivertolentino M A, Vázquezsamperio J, Manzorobledo A, et al. An Approach to Understanding theElectrocatalytic Activity Enhancement by Superexchange Interaction toward OERin Alkaline Media of Ni–Fe LDH[J]. Journal of Physical Chemistry C, 2014, 118(39):22432.中发明了 Ni–Fe 二元LDH，且在碱性条件下只有产氧性能，Khan S B, Khan SA, Asiri A M. A fascinating combination of Co, Ni and Al nanomaterial foroxygen evolution reaction[J]. Applied Surface Science, 2016, 370:445-451.中制备了Co-Ni - Al三元LDH，其在碱性条件下只有产氢性能，且其制备方法复杂。 因此，本发明中通过一步水热法制备一种三元金属氢氧化物电催化剂。通过控制其合成，使其在碱性条件下皆有有意的产氧性能，又有优异的产氢性。相比于原始LDH的一些缺点，例单层的强表面电荷密度，导致层的重新堆积和聚集，使制备的电催化剂具有较小的电化学表面积等问题，极大地提高了样品的电化学活性面积和导电性，也是样品性能提高的主要原因。

发明内容

本发明是要制备一种三元金属氢氧化物，其主要目的是通过简单、廉价的方法制备一种高活性、高稳定性的电催化剂。

本发明所涉及的一种非贵金属催化剂，为由以下制备方法所得到的产物：

1）将待处理的泡沫镍泡入纯的丙酮和稀盐酸溶液中超声处理，然后分别用乙醇和超纯水洗涤并干燥，得到预处理泡沫镍；

2）称取一定比例的镍源与铝源溶于溶液中搅拌，得到溶液A。其中，镍源、铝源、及溶剂的比例为（5-12）mmol：（1-2）：mmol（20-40）mL；

3）将钒源加入溶液A中搅拌得到不透明溶液B,其中，钒源于溶液A的比例为（0.1-1）mmol：（20-40）mL；

4）将尿素加入不透明溶液B中搅拌得到溶液C，其中，尿素与溶液B的的比例为（8-10）mmol：（20-40）mL；