[发明专利]电沉积法制备水滑石基三维核壳异质纳米阵列水氧化电催化剂

说明书

本发明公开了一种原位生长于碳布上具有纳米线阵列核壳结构在CoP纳米线上电沉积NiCo‑LDH纳米片（CoP@NiCo‑LDH/CC）的制备方法。以六水合硝酸钴为钴源，采用氟化铵为氟源并和尿素共同调控前驱体溶液的pH值，碳布为导电基底，采用水热法先制备Co(OH)F/CC前驱，再以NaH₂PO₂·H₂O为磷源，采用低温保形磷化法以Co(OH)F/CC为前驱以合成CoP/CC，再以六水合硝酸镍和六水合硝酸钴为电解液，甘汞电极为参比电极，CoP/CC为工作电极，铂片为对电极，采用电沉积法以合成CoP@NiCo‑LDH/CC，将其用于水氧化反应电催化剂，在1 M KOH电解质中表现出优异的催化活性（η_{20mA cm–2}=259 mV），大幅优于CoP/CC（η_{20mA cm–2}=358 mV）和NiCo‑LDH/CC（η_{20mA cm–2}=323 mV）。

技术领域

本发明涉及纳米阵列核壳结构CoP@NiCo-LDH纳米复合物的制备和应用于电催化碱性水氧化反应的方法，特别是涉及先在碳布（CC）上原位生长Co(OH)F前驱，再通过低温保形磷化法处理Co(OH)F/CC以制备CoP/CC，再在CoP/CC上电沉积NiCo-LDH以制备CoP@NiCo-LDH/CC，以及该材料在电催化换能领域中的应用。仅采用简单可控、环保经济的合成方法便可制备高性能水氧化电催化剂。

背景技术

全球环境的日渐恶化及传统化石燃料的不断消耗迫使人们不断寻求清洁可持续的能源，氢能因其高能量密度及环境友好性等优点被认为是化石燃料的理想替代品（Nat. Chem., 2009, 1, 112-117, Science, 2004, 305, 972-974）。电解水是一种简单的制氢方法，包括析氧反应（OER）和析氢反应（HER）两个半反应，其中析氧反应涉及四电子传递过程，是一个动力学缓慢的过程，被认为是电解水的瓶颈。因此，急需高效水氧化电催化剂以实现较快的动力学过程及减小较大的过电位（Science, 2011, 334, 1383-1385, Energy Environ. Sci., 2013, 6, 2921-2924）。目前，氧化钌和氧化铱等贵金属基电催化剂被认为是最好的水氧化电催化剂，但其高成本及低储量限制了其大规模的应用（J. Phys. Chem. Lett., 2012, 3, 339–404）。因此，开发非贵金属基的水氧化电催化剂实现高效稳定的水氧化电催化反应尤其重要和紧迫。