[发明专利]一种具有优化电子结构的NiV-LDH/NF产氢电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种具有优化电子结构的NiV‑LDH/NF产氢电极及其制备方法和应用，具体步骤为1)泡沫镍的预处理；2)取钒源和碱源混合均匀，再加入聚乙烯醇后倒入30～35mL的超纯水中搅拌均匀得到溶液A；3)将步骤1)处理好的泡沫镍浸泡在溶液A中，然后倒入内釜进行水热反应，将反应后的产物泡沫镍取出，经过洗涤并烘干，即得到原位合成的NiV‑LDH产氢电极；发明采用的是一步水热法，其具有反应过程简单、低的合成温度、不需要大型的设备和苛刻的条件，泡沫镍不仅充当了模板的作用，也提供镍源并营造了一个还原的环境，制备出了只含有V³⁺和V⁴⁺的NiV‑LDH/NF，合成路径简单，易于得到纯相物质，一体化结构不仅有利于基底和催化活性物质之间电子的传输，而且还可以增强电极的机械稳定性。

技术领域

本发明属于电催化材料领域，涉及一种具有优化电子结构的NiV-LDH/NF产氢电极及其制备方法和应用。

背景技术

能源危机推动了氢等清洁、可再生和高能量密度燃料的发展。在各种制氢的策略中，电化学水裂解法是目前公认的一种低成本、高效率的将电能转换成清洁氢能的方法，人们也正在迫切的寻求高效的催化剂来加速电化学析氢反应(HER)。目前为止，主要的产氢催化剂是Pt/C，但是其高成本和资源稀缺严重的阻碍了它的实际应用。

为此，开发高效的非贵金属产氢电催化剂变得日益迫切。层状双金属氢氧化物(LDHs)是一种类似于水镁石的阴离子型矿物，其中间层区域由电荷补偿阴离子和溶剂分子组成。由于其价格低廉、合成方法简单、组成易于调节、结构易于裁剪、并易于与其他材料复合实现功能化等优点，使其在超级电容器、二次电池级电催化等能源转换中表现出良好的应用前景。^[1]尽管Ni基LDH材料一直被认为是一种有效的碱性产氧(OER)电催化剂，它的性能可进一步地提升通过掺杂钒离子。^[2]然而，相比较于产氧反应，开发碱性和中性条件下的NiV-LDH产氢电催化剂是一个挑战。这是因为，在酸性介质下的HER,其质子直接来源于溶液，而在碱性和中性条件下的HER更为复杂，这是由于质子是由水分子裂解提供的。

因此，阻碍碱性和中性条件下HER的反应动力学的重要原因是初始水分子的分解步骤，并且它们的总反应动力学通常比酸性介质下低两到三个数量级。虽然大多数LDH电催化剂在碱性溶液中具有较高OER催化活性，但是它们在HER中反应非常缓慢，更不用说碱性和中性条件下的产氢性能了。而对于一般的NiV-LDH，钒的价态往往同时有+3、+4、+5，很难合成出具有完美电子结构的NiV-LDH。为此，开发高活性和高稳定性的NiV-LDH产氢电催化剂是非常有必要的，同时也是一个较大的挑战。

[1]Wang Q and Dermot O’Hare.Recent Advances in the SynthesisandApplication of Layered Double Hydroxide(LDH)Nanosheets[J].Chem.Rev.,2012,112,4124-4155.

[2]Fan K,Chen H,Ji Y,Huang H,Claesson P.M.,Daniel Q.,Philippe B.,Rensmo H.,Li F and Luo Y,Nat.Commun.,2016,7,11981。

发明内容

本发明目的在于提出一种的制备工艺简单，成本低、周期短、过程容易控制的具有优化电子结构的NiV-LDH/NF产氢电极及其制备方法和应用，制备的NiV-LDH/NF产氢电极具有高活性和高稳定性，在碱性和中性下表现出优异的催化性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种具有优化电子结构的NiV-LDH/NF产氢电极制备方法，包括如下步骤：

1)泡沫镍的预处理；