[发明专利]一种具有多层结构的纳米阵列材料、其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种具有多层结构的纳米阵列材料、其制备方法与应用。所述具有多层结构的纳米阵列材料包括：第一结构层，包括具有电子传输作用的呈纳米阵列结构的Ni₂P材料；设置于所述第一结构层上的第二结构层，所述第二结构层包括由NiOOH覆盖于FeOOH表面形成的两相结构材料。所述制备方法包括：采用水热法合成NiFe‑LDH纳米阵列材料，之后依次进行中温磷化和电化学活化处理，获得具有多层结构的NiOOH@FeOOH@Ni₂P纳米阵列材料。本发明所制备的具有多层结构的NiOOH@FeOOH@Ni₂P纳米阵列材料在海水电解析氧反应中具有优异的电化学活性和稳定性，可应用于电解海水中的阳极催化剂。

技术领域

本发明属于纳米材料制备以及电化学催化领域，涉及一种基于镍铁基材料的制备方法，尤其涉及一种具有多层结构的NiOOH@FeOOH@Ni₂P纳米阵列材料及其制备方法，以及在海水电解析氧反应电催化领域中的应用。

背景技术

电解水制氢技术是目前获得高能量密度零污染的氢能最有效的途径之一。地球上只有不到3.5％的淡水，再加之淡水资源空间分布极不平衡使得淡水资源面临严重短缺问题。值得注意的是，海水作为地球上储量最为丰富的水资源，更加适合用作电解水制氢的氢源。实际上，现阶段来说，海水电解仍然面临各种挑战：一、析氧反应(oxygen evolutionreaction，OER)过电势较高，相比于二电子的析氢反应，四电子的OER过程需要克服较高的反应能垒才能够释放氧气，从而增加电能消耗；二、OER和析氯反应(chlorine evolutionreaction，CER)在阳极发生竞争反应，低pH介质下反映出更剧烈的热力学竞争反应；三、阳极附近的氯腐蚀(chlorine corrosion)现象，氯离子会腐蚀催化剂，从而导致OER催化剂失活等问题。

早年的研究大部分是基于酸性条件下进行电解海水进行电化学性能测试的，而较低pH的电解液面临析氧反应效率低等问题。经过数十年该领域的研究发现，电解液较高的pH在热力学上更有利于海水电解析氧反应。因此，为提高氧气的选择性，目前大部分研究是在pH＝14电解环境下进行海水电解制氢的。而过渡金属(氢)氧化物在碱性条件下是一类廉价的碱性析氧反应材料。然而这类催化剂仍然局限于电解环境下导电性不足等缺点。相比之下，过渡金属磷化物或氮化物由于具有快速的电子传输作用可以应用于碱性介质析氧反应中。然而近年来所报道的过渡金属磷化物或氮化物催化活性不足以及较差的电化学寿命仍然不具备商业应用的价值。

基于此，亟需开发一种廉价的过渡金属催化剂，使其适用于海水电解中兼具高效和抗氯离子腐蚀。

发明内容

针对上述技术现状，本发明的主要目的在于提供一种具有多层结构的NiOOH@FeOOH@Ni₂P纳米阵列材料及其制备方法，从而克服了现有技术中的不足。

本发明的另一目的在于提供所述具有多层结构的NiOOH@FeOOH@Ni₂P纳米阵列材料作为电催化剂在海水电解析氧反应中的应用。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案包括：

本发明实施例提供了一种具有多层结构的纳米阵列材料，其包括：

第一结构层，包括具有电子传输作用的呈纳米阵列结构的Ni₂P材料；

设置于所述第一结构层上的第二结构层，所述第二结构层包括由NiOOH覆盖于FeOOH表面形成的两相结构材料。

本发明实施例还提供了一种具有多层结构的纳米阵列材料的制备方法，其包括：

采用水热法合成NiFe-LDH纳米阵列材料；

在保护性气氛中，在磷源存在的条件下，采用气相沉积法对所述NiFe-LDH纳米阵列材料进行中温磷化，获得磷化产物；