[发明专利]一种基于三元LDH衍生的多元金属磷掺杂电催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于三元LDH衍生的多元金属磷磷掺杂电催化剂，包括以下步骤：1)将乙二醇、去离子水和氟化铵混合得到混合溶剂；2)将铁盐、镍盐、钼盐和尿素溶于混合溶剂，搅拌均匀，得到溶液A；3)在溶液A中加入亲水碳布，反应得到NiFeMo‑LDH‑CF；4)将NiFeMo‑LDH‑CF材料置于管式炉，在其上游放置次磷酸氢钠的磁舟，在惰性气氛中下升温并保温，冷却至室温，得到含Ni、Fe和Mo三金属的三元LDH衍生的金属磷掺杂电催化剂NiFeMo‑P‑CF。本发明使用水热法合成长在碳布上的镍铁钼三金属LDH材料后，随后经过高温热处理与次磷酸氢钠反应，得到具有大比表面积、结构规则的含Ni、Fe和Mo三金属的三元磷掺杂电催化材料，该材料具有精确可控的组成、良好的导电性。

技术领域

本发明属于材料化学领域，尤其是涉及一种基于三元LDH衍生的多元金属磷掺杂电催化剂的制备方法。

背景技术

随着社会经济的快速发展，能源与环境成为人们日益关注的问题，太阳能和风能等可再生能源在人类社会总能源消费中所占的消费比例也逐步提高。但是由于这类可再生能源在转化和使用过程中电能存在一定间歇性和波动性，所以，可充电电池、电化学电容器、电解槽和燃料电池等电化学储能和转换等技术，在实现高效和可持续的能源利用方面将发挥十分关键的作用。尽管它们的工作原理不同，但这些电化学装置都是由相似的关键功能组件所构成的，而用于这些组件中的功能材料的电化学性质(例如氧化还原和催化活性)将决定装置的整体性能。因此，制备电化学性能优良的功能材料已成为电化学领域重要的研究方向。

双金属氢氧化物(LDH)是一类特殊结构和功能的主客体化合物,因其层状结构导致的高表面积和不同金属离子带来的多种性质,受到了广泛的关注。LDH材料及其衍生物通常具有非常优异的催化性能，在电化学领域具有十分重要的的开发潜力。

析氧反应(OER)是一个动力学十分缓慢的四电子过程，在酸性介质中，水被氧化成氧和氢离子，而在中性和碱性电解液中，羟基离子被氧化成水和氧。OER过程往往通过多步反应发生，在每个单独步骤中都会伴随单电子的转移。因此，能量势垒在每个单独步骤的累积，最终使得OER动力学过程变得尤为缓慢，从而导致较大的过电位。为了克服OER期间的能量势垒，获得较小的过电位，必须设计出高稳定性以及低成本的电催化剂材料。虽然IrO₂和RuO₂等贵金属基材料在相对宽的pH范围内对OER具有较高的稳定性，但是其稀有性和高成本是其商业化进程的主要阻碍。

近年来，逐渐开始有文献报道非贵金属基材料应用于OER电催化测试研究。与IrO₂和RuO₂等贵金属基材料相比，非贵金属基材料价格低廉，原料易得。但是，现在关于非贵金属基材料作为OER催化剂的报道仍然十分有限，在其应用于OER反应过程中，过高的过电位仍使其研究受限。利用不同金属原子间协同作用形成非贵金属基材料也可以优化材料催化活性，同时掺杂入P元素形成掺杂还可以进一步提升材料性能。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有良好OER电催化性能、制备方法简单的基于三元LDH衍生的多元金属磷掺杂电催化剂的制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于三元LDH衍生的多元金属磷磷掺杂电催化剂，包括以下步骤：

1)将乙二醇、去离子水和氟化铵混合得到混合溶剂；

2)将铁盐、镍盐、钼盐和尿素溶于步骤1)中的混合溶剂，搅拌均匀，得到溶液A；

3)在溶液A中加入亲水碳布，在120-200℃下反应10-20h，得到NiFeMo-LDH-CF；