[发明专利]一种钴铁氧化物-磷酸钴电催化析氧复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种钴铁氧化物‑磷酸钴电催化析氧复合材料及其制备方法和应用，该复合材料为钴铁氧化物纳米方块与原位生长于泡沫镍的磷酸钴纳米阵列的复合材料，其表达式为CoFeO‑CoPi@NF,属于新能源纳米材料合成技术领域。以生长于泡沫镍上的磷酸钴纳米阵列作为模板和钴源，通过引入铁氰根，在磷酸钴纳米阵列上形成铁氰化钴纳米方块，经过在空气氛围中高温煅烧，即得到钴铁氧化物与磷酸钴的复合材料。本发明的合成方法简单有效地将磷酸钴和钴铁氧化物复合，丰富了多金属氧化物与含氧酸盐的复合的合成方法。该材料表现出优异的电催化析氧的性能，并且其在电催化析氧之后发生了明显的形貌转化，适用于新能源开发领域。

技术领域

本发明属于新能源纳米材料合成及电化学技术领域，具体的说，涉及一种高效的钴铁氧化物-磷酸钴复合材料电催化析氧复合材料的合成及其应用。

背景技术

能源危机和环境污染是当今社会所面临的两大难题。氢能由于高能量密度以及无污染，是化石能源的理想替代品。电解水制氢技术是一种理想的制氢技术，但是价格高昂的催化剂是制约电解水技术发展的最大障碍。由于复杂的反应过程以及缓慢的动力学过程，析氧反应是电解水制氢的决速步骤。但是目前电催化析氧催化剂面临着成本高，效率低等问题，因此开发出廉价高效的电催化析氧催化剂是发展电解水制氢技术的关键。

由于磷酸根是一种良好的质子载体并且可以有效的促进质子的传输，因此过渡金属磷酸盐是一种良好的电催化析氧的催化剂。同时过渡金属氧化物由于其良好的亲水性，同样在电催化析氧中表现出了较高的活性。然而，单一材料依然具有一定的局限性，例如，无论磷酸盐还是氧化物，都具有较高的电阻，这也严重的阻碍电催化析氧活性的进一步提升。因此通过合理的设计，将二者复合，优化其电子结构，可进一步的优化其电催化反应路径，进而提升其催化反应的活性。

发明内容

本发明提供了一种钴铁氧化物-磷酸钴电催化析氧复合材料及其合成方法和应用，解决了过渡金属氧化物与过渡金属磷酸盐的有效复合的问题。

本发明针对目前过渡金属氧化物与过渡金属磷酸盐复合不彻底，形貌难以控制以及杂质浓度高等问题，提供了一种利用生长于磷酸钴纳米阵列铁氰化钴纳米方块作为模板，通过在空气中高温煅烧，即得到钴铁氧化物与磷酸钴复合的纳米材料。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供了一种钴铁氧化物-磷酸钴电催化析氧复合材料，所述复合材料为钴铁氧化物纳米方块与磷酸钴纳米阵列所构成的纳米复合材料，其表达式为CoFeO-CoPi@NF。

另一方面，本发明还提供了上述钴铁氧化物-磷酸钴电催化析氧复合材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)磷酸钴纳米阵列前驱体的合成；

(2)铁氰化钴-磷酸钴前驱体的合成；

(3)铁氰化钴-磷酸钴的高温煅烧。

进一步地，上述钴铁氧化物-磷酸钴电催化析氧复合材料的具体制备方法如下：

(1)磷酸钴纳米阵列前驱体的合成方法如下：将泡沫镍(2cm*3cm)事先用丙酮与盐酸的混合溶液超声处理20～40分钟，以除去表面的油脂和氧化层。将六水合硝酸钴和磷酸二氢铵溶于水，搅拌20～40分钟，制得溶液A。将溶液A倒入反应釜中，并将事先处理好的泡沫镍放入溶液A中，放入烘箱，在180℃的条件下反应8～16个小时，反应结束后待反应釜冷却至室温，取出泡沫镍，用去离子水和无水乙醇冲洗3～4次，在真空烘箱中，50～70℃的条件下烘10～15个小时，即得到磷酸钴前驱体，记为CoPi@NF。