[发明专利]一种金属-层状双金属氢氧化物复合电极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种金属‑层状双金属氢氧化物复合电极材料的制备方法，取金属基底置于水热反应釜中，加入两种金属的硝酸盐与尿素，水热反应，即得到目的产物。与现有技术相比，本发明利用水热法制备出具有界面层增强的合金/双氢氧化物纳米片阵列的自支撑式电极，该材料既具备了基底金属材料的优异电导性能和表面垂直纳米片阵列结构的多功能性，同时又因其特殊的界面层产生增强作用，大大地降低了反应所需的启动过电势，使得复合结构材料的氧生成电催化性能大幅度提高。

技术领域

本发明属于复合电极材料制备技术领域，涉及一种金属-层状双金属氢氧化物复合电极材料的制备方法。

背景技术

伴随人类日益增长的能源需求，电解水作为一种绿色可持续技术，越来越受到人们的关注。作为电解水技术半反应之一的氢气析出反应(HER)，其反应拥有极大的热力学优势，而且催化机理研究较为成熟完善。相比而言，氧气析出反应(OER)由于涉及到复杂的多重质子耦合以及多电子转移过程，导致氧气析出动力学较为迟缓，并且需要较高的过电位来加速反应进行。因而，较高的水氧化过电位限制了全水解反应的效率，成为了全水解技术的瓶颈。因此，制备高活性、低反应过电势的OER催化剂是提高全水解技术效率的关键步骤。尽管关于OER的非贵金属电催化剂的研究已经取得较大进展，然而设计并合成能够在较低过电势驱动较大电流密度的OER催化剂仍具有较大挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种金属-层状双金属氢氧化物复合电极材料的制备方法，利用水热法制备出具有界面层增强的合金/双氢氧化物纳米片阵列的自支撑式电极，该材料既具备了基底金属材料的优异电导性能和表面垂直纳米片阵列结构的多功能性，同时又因其特殊的界面层产生增强作用，大大地降低了反应所需的启动过电势，使得复合结构材料的氧生成电催化性能大幅度提高。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种金属-层状双金属氢氧化物复合电极材料的制备方法，取金属基底置于水热反应釜中，加入两种金属的硝酸盐与尿素，水热反应，即得到目的产物。

进一步的，所述金属基底由金属材料清洗掉其表面氧化物层后得到。金属基底作为整体复合电极材料的骨架，起到物理支撑的作用，同时又为氢氧化物纳米片阵列提供了的生长位点，原位的垂直生长接触使得复合后电极材料具有优异的电导性和氧生成性能。

进一步的，所述金属基底为单质金属或合金箔片。

更进一步的，所述金属基底为铁、镍或铁镍合金片。

进一步的，两种金属的硝酸盐分别为硝酸铁和硝酸镍。

进一步的，两种金属的硝酸盐与尿素的摩尔比为1：1：10,其中两种金属硝酸盐的摩尔比可根据需求调控比例,金属盐跟尿素保持一定比例即可，故可适用的摩尔比范围为(1～4)：(1～4)：(10～40)。

进一步的，水热反应的过程具体为：先在120℃下水热反应12h，清洗后再置于80℃真空炉中加热6h。

研究发现对于层状双金属氢氧化物形貌的生长和控制，对于水热法来说，主要有两点影响因素。首先，水热的反应条件包括反应温度以及时间都会对层状双金属氢氧化物的晶体结构和晶粒尺寸大小造成影响。研究发现，在相同温度下，随着水热时间的增加，或者在相同反应时间下，水热温度的增加，则层状氢氧化物的结晶度提高，粒径增大。其次，添加剂在合成过程中起着重要作用。在反应初期，反应速度由添加剂与金属离子形成的配合物控制。随后，所述添加剂与所述产品的特定晶面作用，从而限定所述晶面的生长，最后，制备得到热力学稳定的二维片状结构产物。