[发明专利]一种双氢氧化物分级结构纳米棒电催化剂的制备方法及应用

说明书

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种双氢氧化物分级结构纳米棒电催化剂的制备方法及应用，包括以下步骤：（1）配制含有两种金属阳离子和MoO₄^2‑的混合溶液，加入2‑甲基咪唑，经水热反应，离心、洗涤、干燥后，得前驱体；（2）将前驱体进行煅烧、碱洗后，即得双氢氧化物纳米棒，即为双氢氧化物分级结构纳米棒电催化剂。本发明的制备方法操作简单，条件易于控制，创造性地将二维片状氢氧化物组装成棒状结构，避免了其在催化过程中的堆叠与团聚，从而使其具有更好的性能与稳定性，在碱性条件下具有较高氧析出的电催化活性，在碱性条件下测试时，电流密度10m A·cm²时过电位为378 mV，优于商用IrO₂催化剂。

技术领域

本发明涉及电催化技术领域，尤其涉及一种双氢氧化物分级结构纳米棒电催化剂的制备方法及应用。

背景技术

氢能是一种可再生清洁能源，目前的制氢方法主要包括氯碱工业副产氢、电解水制氢、化工原料制氢（甲醇裂解、乙醇裂解、液氨裂解等）、石化资源制氢（石油裂解、水煤气法等）和新型制氢方法（生物质、光化学等），其中电解水制氢被认为是最高效、环保的方法之一。

近年来，随着电催化水分解的发展，越来越多的非贵金属催化剂被证明高效稳定。在半反应-析氧反应（OER）中，Co、Ni等过渡金属具有很高的理论活性，在实际应用中，Co基、Ni基的材料尤其是氢氧化物（Co(OH)₂、Ni(OH)₂等）也具有极高的OER催化活性。Co(OH)₂、Ni(OH)₂为二维层状材料，在实际应用中容易出现团聚现象，从而导致失活；且单一组分的金属氢氧化物难以满足OER发展的需求。

因此，开发一种多组分、防团聚的复合电催化剂材料具有重要意义。

发明内容

本发明为了克服传统电催化剂制备困难、性能较差、易团聚、导电性差的问题，提供了一种尺寸均一，结构稳定，组分分布均匀的双氢氧化物分级结构纳米棒电催化剂的制备方法。

本发明还提供了一种采用上述制备方法制得的双氢氧化物分级结构纳米棒电催化剂在电催化领域中的应用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双氢氧化物分级结构纳米棒电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

（1）配制含有两种金属阳离子和MoO₄^2-的混合溶液，加入2-甲基咪唑，经水热反应，离心、洗涤、干燥后，得前驱体；该步骤中，2-甲基咪唑作为有机配体，MoO₄^2-作为提供与配体结合生成MOF的钼源。

（2）将步骤（1）得到的前驱体进行煅烧、碱洗后，即得双氢氧化物纳米棒，即为双氢氧化物分级结构纳米棒电催化剂；该步骤中，Mo元素经过煅烧与碱洗被去除，其机理为前驱体MOF经过煅烧形成钼酸盐，钼酸盐再经过碱液浸泡，使得钼酸根离子被氢氧根取代，得到棒状结构的电催化剂。

作为优选，步骤（1）中，所述混合溶液中两种金属阳离子选自Co²⁺、Ni²⁺和Fe²⁺中的任意两种组合。上述金属阳离子具有高催化活性的特性，作为电催化剂使用时，能够有效催化析氧反应。

作为优选，步骤（1）中，所述混合溶液中两种金属阳离子与MoO₄^2-的摩尔比为1:1:（5~7）。

作为优选，步骤（1）中，所述混合溶液中每种金属阳离子的浓度为0.05~0.5 mol/L。浓度过低会导致刻蚀不完全，过高会导致形貌坍塌。