[发明专利]一种Fe掺杂羟基亚磷酸钴纳米片阵列结构材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种Fe掺杂羟基亚磷酸钴纳米片阵列结构材料及其制备方法和应用，将铁盐、钴盐和次磷酸钠溶解于水和异丙醇的混合溶剂中，将溶液转移至反应釜中，将泡沫镍倾斜置于溶液中，进行溶剂热反应，反应结束后冷却至室温，产物经洗涤、干燥，即可制得Fe掺杂Co₁₁(HPO₃)₈(OH)₆纳米片阵列结构材料，本发明在沫镍基底上设计合成了Fe掺杂Co₁₁(HPO₃)₈(OH)₆纳米片阵列结构，利用Fe掺杂可以有效地调节Co₁₁(HPO₃)₈(OH)₆的电子结构，减小电阻，增加活性位，提高亲水性，加快电子转移速率，所述Fe掺杂Co₁₁(HPO₃)₈(OH)₆纳米片阵列结构材料作为析氧反应、析氢反应和全水分解反应的电催化剂，具有活性高、耐久性好以及制备工艺简单、成本低廉的优点，对研究水分解电催化电极材料的实际应用非常具有价值。

技术领域

本发明属于纳米材料制备方法及电催化应用领域，具体涉及一种Fe掺杂羟基亚磷酸钴纳米片阵列结构材料及其制备方法和应用。

背景技术

电解水产生氢气和氧气为可再生能源储存提供了一种很有前景的方法。该技术的关键是开发出具有高活性、耐用和经济特点的电催化剂，实现析氧（OER）和析氢（HER）两个半反应的高效进行。众所周知，IrO₂和RuO₂被认为是先进的OER催化剂，而Pt基材料是先进的HER催化剂。但这些贵金属催化剂成本高且耐久性差严重阻碍了其大规模应用。因此，非常有必要从地球资源丰富的材料中寻找具有低过电位、高耐久性的电催化剂。

近年来，3d过渡金属(如Ni，Co，Fe和Mn)磷酸盐成为一类在中性和碱性介质有效的双功能特别是OER反应的电催化剂。过渡金属磷酸盐不同的配位构型和结构类型能够稳定金属中心的中间态，更重要的是，磷酸根可以作为质子载体加速质子（H⁺）运动，并保持稳定的局部pH环境，从而大大提高OER催化活性。磷酸根中丰富的氧元素提供水吸附更多的活性位点，也有利于氧析出。此外，过渡金属偏磷酸盐和磷酸氢盐分别带有PO₃⁻或HPO₄²⁻质子受体也可被用于OER电催化，而羟基是另一类质子受体，羟基磷酸盐具有不同的质子受体有望提高水分解的催化活性。

过渡金属羟基亚磷酸钴Co₁₁(HPO₃)₈(OH)₆通过MO₆八面体共享边和角具有三维八面体阵列结构，沿C轴方向具有三角形和六角形通道。其独特的微孔通道能有效地将活性位点暴露于电解质中，实现快速界面电荷转移，已经成为多用途的能量存储电极材料。

虽然羟基亚磷酸钴Co₁₁(HPO₃)₈(OH)₆具有良好的应用前景，但是，现有技术中的羟基亚磷酸钴Co₁₁(HPO₃)₈(OH)₆的制备方法复杂，且催化活性较低。

发明内容