[发明专利]一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用，步骤一：泡沫镍预处理；步骤二：取氯化钒和尿素同时加入到醇和氮甲基吡咯烷酮的混合溶剂；步骤三：将泡沫镍浸泡在溶液A中于115～125℃下进行23～25h的溶剂热反应；步骤四：反应结束后，将反应釜自然冷却至室温后，经过水醇交替清洗后并收集烘干，得到山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂；本发明采用溶剂热法具有制备过程简单、低的合成温度、不需要大型的设备和苛刻的条件等特点，制备的山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂的高活性和高稳定性，在碱性和中性条件下具有良好的全解水性能。

技术领域

本发明属于电催化材料领域，具体涉及一种山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

随着环境污染的日益加剧和化石燃料的快速消耗，开发可再生持续能源势在必行。由于其无碳量的排放，电解水制备氢气(H₂)和氧气(O₂)被认为是最具有前景和竞争力的解决方案之一^[1]在电催化领域，贵金属基材料(Pt、Ru或Ir的氧化物)是目前最好的产氢电催化剂，而稀缺性和高成本严重限制了它们的实际应用。

因此，近几年来，科研工作者致力于开发由地壳高丰度元素构成的、高催化活性的非贵金属产氢电催化剂。Ni基层状双金属氢氧化物(LDH)长期以来被认为是很有前途的阳极催化剂，其性能可以通过掺杂杂原子^[2](过渡金属V、Fe、Co和Mn等；非金属N、S、P、Se等)和与导电基底复合^[3](碳纳米管、泡沫镍、石墨烯和碳纤维纸等)等方法进一步提高。因此，Ni基LDH作为氧析出反应(OER)阳极催化剂和氢析出反应(HER)阴极催化剂显示出巨大的潜力，并最终能在低的工作电位下驱动整体水裂解反应。Luan^[4]等人报道了关于二维α-Ni(OH)₂材料的结构对电催化析氧反应性能的影响，通过调控不同的溶剂配比，制备了四种不同结构(蓓蕾状、花朵状、花瓣状、片状)的α-Ni(OH)₂材料。

实验表明，类花瓣状的α-Ni(OH)₂催化剂具有高效的产氢产氧特性，高的电催化活性及稳定性，这可归因于其的尺寸小，使得其边界活性位点越多，有利用暴露出更多的活性位点、增加了表面积、有助于电解质渗透，同时具有良好的韧性，显著改善了电催化活性。此外，在之前的关于LDH合成报道中，使用的溶剂主要是水或是水和醇的混合溶剂，很少有人使用醇和氮甲基吡咯烷酮混合作为溶剂报道。

[1]Zou X,Zhang Y.Noble Metal-Free Hydrogen Evolution Catalysts forWater Splitting.Chem.Soc.Rev.2015,44,5148-5180.

[2]Jiang J,Sun F,Zhou S,et al.Atomic-level insight into super-efficient electrocatalytic oxygen evolution on iron and vanadium co-dopednickel(oxy)hydroxide[J].Nature Communications,2018,9(1):2885.

[3]Ren J,Yuan G,Weng C,Chen L and Yuan Z.Uniquely integrated Fe-dopedNi(OH)₂nanosheets for highly efficient oxygen and hydrogen evolutionreactions[J].Nanoscale,2018,10,10620-10628.