[发明专利]一种高效析氧电催化剂及其制备方法

说明书

一种高效析氧电催化剂，包括泡沫镍基体；在泡沫镍基体上生长NiFe‑LDH后进行热磷酸化得到异质结构的镍铁基氧化物/磷化物。本发明中，在NF上制备异质的NiFe₂O₄/NiFeP纳米片。最优的NiFe₂O₄/NiFeP异质结构可以在1mol/L的KOH中实现稳定的性能，仅需191 mV的极低过电位便可产生10 mA cm^‑2的阳极电流密度。NiFe₂O₄/NiFeP异质结构的优异OER活性可归因于：具有更大暴露的表面积的垂直交错的纳米片组成的结构良好的3D网状结构；NiFe₂O₄和NiFeP之间的协同作用产生的有助于电荷分离和降低OER过程的能量势垒的最佳电子结构。

技术领域

本发明涉及一种制备氢气的催化剂，尤其涉及一种高效析氧电催化剂及其制备方法。

背景技术

随着对绿色能源需求的不断增长，人们在寻找和开发可再生和替代能源方面付出了各种努力。氢气是一种理想的替代能源，具有高能量、无毒、无污染、可循环利用等优点。发展氢经济是人类摆脱对化石能源依赖的永久战略选择，电催化分解水被广泛认为是一种很有前途的通过电能转换制氢的策略。然而，析氧反应（OER）作为水分解过程中的半反应，在动力学上是一个缓慢的四电子多步传递过程，在热力学上是一个上坡过程，从而严重影响了另一半反应即析氢反应（HER）产生氢气。因此，开发具有优异活性且适合实际生产的OER催化剂至关重要。

通常，Ir或Ru的贵金属氧化物被称为触发OER的高效OER电催化剂。然而，这些贵金属稀有且昂贵，这严重限制了它们的应用。为了寻找经济有效的替代品，近年来研究人员们将注意力转向了地球上储量丰富的过渡金属的化合物。过渡金属氧化物（TMOs）和过渡金属磷化物（TMPs）受到了广泛的关注。其中，TMOs被认为是OER的高活性电催化剂，但由于其在催化过程中容易团聚、导电性差，活性难以进一步提高。研究表明，TMOs与镍泡沫（NF）、钛网、碳布（CC）等导电基底结合是提高TMOs导电性能的可行途径。例如，通过在NF上原位生长含硫NiFe₂O₄纳米片合成的S-NiFe₂O₄/NF具有优异的OER催化活性的原因之一是NF加速了电子转移。同时，TMPs由于其金属特性，被认为是一类具有优异活性、稳定性和高导电性的水裂解催化剂。据报道，对于OER，TMPs在10 mA cm^-2处仍然表现出约240-350 mV的高过电位。为了进一步提高它们的活性，不同组分的杂交（例如构建TMOs和TMPs的异质结构）已经被证明是一种有效的策略。异质的CoP @ a-CoO_x片表现出比CoP和a-CoO_x更高的OER活性。Dutta等人讨论了Fe₃O₄/Ni_xP纳米结构中Fe₃O₄核与Ni_xP壳之间的协同效应对OER的影响。这些研究证实了使用TMPs和TMOs设计具有适当纳米结构的杂化物以改善OER催化性能的可行性。但是，大规模开发高效、经济的OER电催化剂仍然是一项艰巨的任务。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种过电位低，简便并且低成本的高效析氧电催化剂及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：一种高效析氧电催化剂，包括泡沫镍基体；在泡沫镍基体上生长NiFe-LDH后进行热磷酸化得到异质结构的镍铁基氧化物/磷化物。

上述的高效析氧电催化剂，优选的，采用水热法在泡沫镍上生长NiFe-LDH。