[发明专利]镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料、其制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种镍‑铁磷化物/石墨烯/镍复合材料、其制备方法及应用。所述复合材料包括作为载体的石墨烯包裹镍材料，以及，负载于所述载体上的镍‑铁磷化物阵列，所述石墨烯包裹镍材料包括镍以及包裹于镍表面的石墨烯材料，所述石墨烯材料具有直立鱼鳞阵列结构，所述镍‑铁磷化物呈多孔阵列状结构。本发明制备镍‑铁磷化物/石墨烯/镍复合材料在通过石墨烯包裹镍材料表面直接生长直立多孔镍‑铁磷化物阵列，没有添加粘合剂，具有导电性高、稳定性好、重复性高的特点，且在碱性以及盐碱性条件下均有着良好的稳定性，并有着广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于纳米材料制备及电催化的技术领域，具体涉及一种镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料、其制备方法及应用，尤其是一种三明治结构的镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料及其制备方法与应用。

背景技术

能源需求的增加和污染的加重使人们开始寻找替代能源并设计高效储能设备。氢气的能量密度很高，被认为是化石燃料的有前途的能源替代品。目前，氢气的生产仍然主要依赖于化石燃料工业，从而导致低纯度和高成本。以低成本和高纯度生产氢气的最有效方法之一是通过电或阳光将水分解为氢气和氧气。氧分解反应作为水分解中的重要半反应，已经研究了数十年，其中，二氧化铱和二氧化钌是最新的氧析出电催化剂，具有低过电势和塔菲尔斜率。但是，这些催化剂短缺且成本高昂，无法用于水分解行业中以获取经济的氢气。镍是一种过渡金属元素，具有丰富的地球储量，具有耐腐蚀性和良好的延展性。近年来，人们发现层状磷化镍是一种优异的催化剂，它在碱性溶液中可以更有效地转化为形成活性位点，优于镍的氧化物和氢氧化物。更重要的是，理论和实验结果证实，掺杂铁元素可以调节磷化镍的局部配位环境和电子结构催化活性，从而增强氧析出活性。但是，除了催化剂本身的活性外，催化剂的导电性以及获得更大的比表面积以暴露更多的活性位点也很重要。因此，如何设计催化剂的结构也是关键问题所在。迄今为止报道的大多数二维催化材料都是以粉末的形式制备的，这种材料在电催化过程中限制了电子、离子和气体的有效传输的宏观孔隙率。另外，作为载体的多孔材料也是十分重要，目前主要是镍/钛、碳布/纸等大孔材料用于负载分解水的催化剂，但效果有待提高。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料、其制备方法及应用，以克服现有技术的不足。

为实现前述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料，其包括作为载体的石墨烯包裹镍材料，以及，负载于所述载体上的镍-铁磷化物阵列，所述石墨烯包裹镍材料包括镍以及包裹于镍表面的石墨烯材料，所述石墨烯材料具有直立鱼鳞阵列结构，所述镍-铁磷化物呈多孔阵列状结构。

本发明实施例还提供了一种镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料的制备方法，其包括：

使镍与氧化石墨烯发生水热反应，获得石墨烯包裹镍材料；

通过化学浴沉积法，使包含镍盐、铁盐、有机配体和石墨烯包裹镍材料的混合体系反应，从而在所述石墨烯包裹镍材料表面生长镍-铁金属有机框架结构，获得三明治结构的镍-铁金属有机框架结构/石墨烯/镍复合材料；

将所述镍-铁金属有机框架结构/石墨烯/镍复合材料进行煅烧处理，获得镍-铁氧化物/石墨烯/镍复合材料；

以及，在磷化气氛中，对所获镍-铁氧化物/石墨烯/镍复合材料进行磷化还原处理，获得镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料。

本发明实施例还提供了前述方法制备的镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料，其包括作为载体的石墨烯包裹镍材料，以及，负载于所述载体上的镍-铁磷化物阵列，所述镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料具有多级孔的三明治结构。

本发明实施例还提供了前述的镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料作为电化学催化剂于电化学析氧反应中的应用。

本发明实施例还提供了一种电催化析氧材料，其至少包括前述的镍-铁磷化物/石墨烯/镍复合材料。