[发明专利]一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用

说明书

本发明涉及一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料及其电解水应用，材料制备方法包括以下步骤：1)将泡沫镍预处理后，作为基体；2)将Co(NO₃)₂·6H₂O溶液与Na₂Fe(CN)₅NO·H₂O溶液混合，之后在室温下搅拌至溶液浑浊，得到混合液；3)将基体放入至混合液中，静置反应2‑48h，经后处理即得到普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料；该材料作为催化剂，用于电解水反应中。与现有技术相比，本发明制备的超薄普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料不仅制备工艺简单，成本低廉，而且可在不同的电流密度下进行稳定高效的析氢反应、析氧反应和全水分解，在规模化制氢应用中具有巨大的潜在价值。

技术领域

本发明属于材料、能源技术领域，涉及一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料、制备及其电解水应用。

背景技术

化石燃料的日益枯竭以及不断出现的环境问题正推动着氢能的快速发展。作为制取氢气的一种途径，电解水可以与光伏系统和风力涡轮机联用，以环保的方式将电能转化成稳定的化学能，是一种符合可持续发展的实用性技术，具有广阔的发展前景。在电解水过程中，主要发生两种电极半反应，即析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。然而由于这两种半反应的热力学和动力学过程中能垒的存在，其需要较高的过电势来驱动水分解。研究表明，为了解决上述问题，可以在电解水反应过程中引入高效的电催化剂以促进电子和质子的交换过程，从而降低反应能垒。目前，已开发的商业电催化剂主要是贵金属基电催化剂，如Pt基和Ir/Ru基催化剂等。然而，虽然这些贵金属基商业电催化剂具有高的催化活性，但是它们的自然界存储有限、成本高昂这一缺点，极大地制约了它们的规模化应用。因此，开发成本低廉、性能优越的非贵金属基电催化剂来替代贵金属基催化剂尤为关键。

普鲁士蓝类似物(PBA)作为金属有机骨架材料(MOFs)的一种，通过桥接金属离子中心和有机氰化物配体构成。其具有成本低廉，易于制备以及较好的物理/化学特性，如均匀的孔隙率、高比表面、多组分和形态可控等优势，使得其有望成为一种低成本高活性的电解水催化剂。但是由于PBA导电性差和活性位点利用率低等不足，其电催化性能远远低于贵金属的催化性能，限制了其进一步应用。

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超薄普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料(2D CoFe-PBA@NF)、制备及其电解水应用，其工艺高效稳定，工艺流程简单，有效节约能源，能作为电催化剂，催化析氢反应、析氧反应以及全水分解。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将泡沫镍(NF)预处理后，作为基体；

2)将Co(NO₃)₂·6H₂O溶液与Na₂Fe(CN)₅NO·H₂O溶液混合，之后在室温下搅拌至溶液浑浊，得到混合液；

3)将基体放入至混合液中，静置反应2-48h，经后处理即得到所述的普鲁士蓝类似物纳米片阵列材料。

进一步地，步骤1)中，所述的预处理过程为：先将泡沫镍超声清洗，之后进行烘干。

进一步地，所述的超声清洗过程为：依次用丙酮、乙醇、去离子水作为清洗剂，分别超声清洗10-20min；所述的烘干过程中，温度为50-70℃，时间为4-8h。