[发明专利]一种Fe掺杂Ni(OH)

说明书

本发明涉及一种碳布负载的Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni‑BDC复合电解水催化剂及其制备方法，属于新型无机纳米功能材料制备技术领域。本发明以Fe掺杂Ni(OH)₂纳米片阵列为前驱体，通过水热法将其部分转化为金属有机骨架形成碳布负载的Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni‑BDC复合电解水催化剂。具体步骤如下：首先利用硝酸镍、硝酸铁、氟化铵及尿素等物质在水热条件下制备碳布负载的Fe掺杂Ni(OH)₂纳米片；进一步以Fe掺杂Ni(OH)₂纳米片为前驱体及模板，将其在溶剂热条件下部分的与对苯二甲酸反应形成金属有机骨架，最后制得Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni‑BDC复合电解水催化剂。

技术领域

本发明涉及一种Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni-BDC复合电解水催化剂及其制备方法，属于新型无机纳米功能材料技术领域。

背景技术

随着能源短缺问题的日益凸显，新型可再生能源的开发与利用技术越来越受到人们的重视。氢气作为一种新型清洁能源，在克服能源短缺问题的同时，其零排放的特点对于解决环境污染问题也具有重要的意义。电解水是一种方便高效获取氢气的技术，但是其反应过程中普遍存在的过电势造成了能源的过量消耗。设计新型电解水催化剂，有效降低水分解过程中的过电势，对于降低能源消耗、提高电解水效率具有重要的实用价值。

金属有机骨架具有高比表面积、开放式的结构框架、金属活性位点多且成分易于调控等优点，在气体吸附、传感、催化等领域都具有重要的应用价值。但是，因为其导电性差、电子传递效率低等缺点，金属有机骨架在电催化领域的应用收到了一些限制。进来的研究表明，具有片状结构的金属有机骨架材料可以暴露更多的催化活性位点，因而具有更高的催化活性。但是片状金属有机骨架在制备过程中容易发生堆叠现象，同时片状结构仍然无法解决其导电性差的缺点。另外，目前片状金属有机骨架材料的制备多采用层层组装的方法，制备过程复杂、耗时长且难以控制；在此过程中使用的高分子交联剂还会覆盖其活性位点、降低材料催化活性及稳定性。因而发展高效实用的片状金属有机骨架材料的制备方法具有重要的意义。同时考虑到导电性差是金属有机骨架材料的固有缺点，在不影响其催化活性的同时将其与导电性相对更好的材料相结合，充分发挥二者之间的协同效应，对于制备新型高效电解水催化剂具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足，利用水热法将提前制备好的Fe掺杂Ni(OH)₂部分的转化成镍基金属有机骨架（Ni-BDC），从而形成Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni-BDC复合电解水催化剂。本发明提供了一种成本低廉、简便易行的Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni-BDC复合电解水催化剂的制备方法。本发明提供的这种制备方法，工艺简单，成本低廉，且所制备的Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni-BDC具有优异的电解水催化性能，具有较高的实际应用价值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni-BDC复合电解水催化剂的制备方法，包括以下步骤：

1）将裁剪好的碳布(2×1 cm²)用5%盐酸、丙酮和去离子水分别超声清洗15分钟，以除去表面污染物；

2）在反应釜中加入一定浓度的硝酸镍、硝酸铁、氟化铵及尿素的水溶液，然后将步骤1所得碳布浸入其中，并在烘箱中加热反应；

3）在另一反应釜中加入一定质量的对苯二甲酸，并添加一定体积比的N,N’-二甲基甲酰胺和水溶剂，搅拌溶解后将步骤2所得碳布负载Fe掺杂Ni(OH)₂浸入其中，并在烘箱中加热反应得到碳布负载的Fe掺杂Ni(OH)₂/Ni-BDC复合电解水催化剂。

本发明的有益效果：