[发明专利]一种具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜的制备方法及应用

说明书

本发明公开一种具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜的制备方法，包括以下步骤：将商用泡沫镍浸入乙醇中除去油，浸泡时间为1‑10min，后采用去离子水清洗；泡沫镍置于稀硫酸中浸泡，去除泡沫镍上的氧化物，浸泡时间为1‑30min；后采用去离子水清洗；材料浸泡在高锰酸钾溶液中，浸泡时间为30min‑8h，浸泡温度为15℃‑90℃；去离子水清洗，得到具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜。本发明还公开了一种具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜在尿素燃料电池方面的应用。尤其是，在尿素氧化反应催化方面的应用。本发明的具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜的制备方法及实际应用对材料科学、化学和生物学具有重要意义。

技术领域

本发明属于节能电解水产氢电解池催化剂技术领域，具体涉及一种具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜的制备方法及应用。

背景技术

氢能作为最理想的绿色能源之一，具有无污染、储备丰富、制备获取过程简单的优点。目前氢气的制备方法主要为化石燃料制氢和电解水制氢。化石燃料制氢成本低，但易产生二氧化碳温室气体且纯度相对低。而电解水制氢被认为是最具前景的绿色制氢路线，产物为氧气和氢气故没有二次污染，制备的氢气纯度高(99.5%-99.9998%)，可满足包括对氢气纯度要求高的燃料电池在内的所有氢能应用，所用电能可由风能、太阳能等可再生能源获得，而且可解决电网调峰废电再利用问题。在电解水的反应过程中，研究发现一般来说多电子转移的阳极析气催化过程比阴极析氢过程在动力学上进行更缓慢，能耗更大，故阳极材料的催化性能对于电解水性能至关重要。因此，制备一种新型、高效阳极催化剂是提升电解水制氢规模及效率的关键。

同时，一般电解水阳极发生的是水氧化反应，水分解电压为1.23V，由于尿素分解电压为0.37V，故科学家提出往电解液中添加尿素，通过尿素氧化代替水氧化以实现节能产氢。而且研究尿素氧化反应催化剂对于尿素燃料电池的开发也具有重要意义。尿素氧化反应涉及多种气体和多相界面，对反应和扩散要求高，往往需要具有优异几何结构的催化剂来驱动。图灵材料作为一种反应扩散高度优化的结构材料，将非常适合催化尿素电氧化反应过程。因此，开发用于尿素氧化反应的图灵结构催化材料将是非常理想的。

但是，目前的图灵结构材料主要是有机材料，而应用于能源和催化领域的无机图灵结构材料却很少有报道，这将极大地限制其在能源或催化领域的应用，因此开发一种新型的无机图灵材料变得更加迫切。

发明内容

发明目的：针对现有技术中存在问题或不足，本发明提供一种具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜的制备方法及应用，所制备的薄膜显示出优异的尿素氧化反应(UOR)催化性能，优于目前的贵金属催化剂、锰基或镍基催化剂，特别是在高电流密度下，该类型催化剂更展示出高效的催化性能；这种图灵结构纳米材料为能源或催化领域提供了新的机会。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供一种具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、室温下，将商用泡沫镍浸入乙醇中除去油，浸泡时间为1-10min，后采用去离子水清洗；

S2、将经步骤S1处理后所得到的泡沫镍置于稀硫酸中浸泡，去除泡沫镍上的氧化物，浸泡时间为1-30min；后采用去离子水清洗；

S3、将经步骤S2处理后所得到的材料浸泡在高锰酸钾溶液中，浸泡时间为30min-8h，浸泡温度为15℃-90℃；

S4、取出经步骤S3处理的材料，后采用去离子水清洗，得到具有无机锰镍氢氧化物(Mn，Ni)O(OH)图灵结构纳米薄膜材料，即具有图灵结构的镍锰羟基氧化物薄膜。

进一步的，所述步骤S1中，所采用的乙醇浓度为95-99%。

进一步的，所述步骤S2中，所采用的稀硫酸体积浓度为1%-20%。

进一步的，所述步骤S3中，所采用的高锰酸钾浓度为1wt%-30wt%。