[发明专利]一种纳米氢氧化镍铁薄膜及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种纳米氢氧化镍铁薄膜及其制备方法与应用，所述纳米氢氧化镍薄膜分布有孔结构且化学成分为Nisubgt;x/subgt;Fesubgt;y/subgt;(OH)subgt;2/subgt;；其中，x0，y0。所述制备方法，包括以下步骤：S1、制备镓镍合金；S2、将步骤S1制备的镓镍合金通过脱合金法制得表面含有纳米结构Ni的Ni薄膜，通过循环伏安法将表面的纳米结构Ni氧化成Ni(OH)subgt;2/subgt;，得Ni‑Ni(OH)subgt;2/subgt;薄膜；S3、将步骤S2制得的Ni‑Ni(OH)subgt;2/subgt;薄膜置于铁盐溶液中，反应后，得到所述纳米氢氧化镍铁薄膜，其中，所述纳米结构Ni具有三维、双连续结构。该材料中含有多个活性位点，其制备过程简单，制备工艺要求低，产品结构稳定，过程绿色无污染。

技术领域

本发明涉及电化学催化氧化技术领域，具体涉及一种纳米氢氧化镍铁薄膜及其制备方法与应用。

背景技术

由于工农业飞速发展，石油煤炭资源日渐枯竭，并且可燃能源(石油、煤炭)无法解决燃烧过程中对人类生存环境的污染与破坏。开发一种高能洁净的可燃能源迫在眉捷，在从多新能源中，氢能源是减少化石能源使用的最有前途的替代能源之一。目前，制备氢能源的主要途径有热化学重整、电解水和光解水三类，其中，电化学分解水被认为是产生清洁氢能源并且可以持续性发展的最有前景的技术之一。在整个水分解过程中，为提高反应速率和能量转换效率，改善阳极的析氧反应和阴极的析氢反应效率尤为关键，且整体的反应速率更是主要依赖于析氧反应(Oxygen evolution reaction，OER)催化剂。析氧反应需要在较大的过电势下才能进行，如果在反应过程中缺乏合适的催化剂，将会导致巨大的能量损耗。

纳米多孔金属材料因其兼具纳米材料和多孔材料的优点，如表面效应显著、高比表面积、高孔隙率、低密度、结构稳定、耐腐蚀、耐疲劳，受到了各领域的广泛关注。近年来，纳米多孔金属材料已被越来越多的应用于储能、催化等领域。根据金属的性质纳米多孔金属材料可分为贵金属基材料和非贵金属基材料两类，其中，贵金属基材料(如RuO₂与IrO₂等)由于具有优异的催化性能，通常作为析氧反应的标准电催化剂，但是其稀缺性及高成本也极大地限制了其应用。因此，研发地球上储量丰富、催化高效和性能稳定的非贵金属基材料作为析氧反应催化剂具有重要意义。非贵金属基材料中，第一系列过渡金属具有储量丰富、成本低，同时还被证实对于析氧反应具有催化活性，因此，第一系列过渡金属在非贵金属基材料开发过程中具有良好的应用前景。在第一系列过渡金属中，铁、钴、镍、铜和锰是被研究得最广泛的过渡金属基催化剂，例如其氧化物、硫化物、硒化物以及磷化物等已被证明在析氧反应中具有优良的催化性能。然而，现有技术中的非贵金属基材料由于成分单一，使得其催化活性有限。

现有技术中，制备纳米多孔金属的方法主要有模板法和脱合金法。其中，模板法是通过物理或化学方法将目标金属沉积到模板孔隙中，然后通过腐蚀、溶解、退火等方法去除模板，得到与模板材料相对应的逆向复制品(Velev,O.D.et al.Nature 389,447-448(1997))。根据所选的模板，可以制备出结构高度有序的材料，但其结构和形貌受到所选模板的限制，且工艺复杂、变量多、可控性差。脱合金法是利用合金中不同金属的化学性质差异，通过自由腐蚀或电化学腐蚀，选择性地去除合金中一个或多个组分，形成纳米多孔材料(J.Erlebacher,et al./Nature,2001,401,450-453)。与模板法相比，脱合金法操作简单、重复性好、产物结构均匀、比表面积高。在腐蚀过程中，未被腐蚀的金属组分会通过扩散、迁移、聚集等方式形成三维连续的网状多孔结构。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种纳米氢氧化镍铁薄膜，具有更多的活性位点，在电催化领域具有重要的推广应用价值。

本发明还提出一种纳米氢氧化镍铁薄膜的制备方法。

本发明还提出一种上述薄膜的应用。