[发明专利]一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种Fe掺杂Ni‑MOF纳米片及其制备方法和应用，属于电化学材料制备技术领域，该方法包括以下步骤：S1、将对苯二甲酸和可溶性铁盐充分溶解于溶剂中，得到溶液B；其中，对苯二甲酸和可溶性铁盐的质量比为1：0.1～0.3；S2、将以泡沫镍为基底的NiCo‑LDH纳米片材料和S1得到的溶液B置于密闭容器中，然后在100～120℃下进行溶剂热高压反应，反应完成后，过滤、干燥，得到Fe‑Ni‑MOF纳米片。通过溶剂热营造高温高压环境技术和金属离子协同作用相结合的方法合成价格低廉、电催化性能优异的Fe‑Ni‑MOF的分层纳米片结构的电催化剂，方法简单，便于操作。

技术领域

本发明涉及电化学材料制备技术领域，具体涉及一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片及其制备方法和应用。

背景技术

电催化析氧反应(OER)是电解水和金属-空气电池等能源存储转化技术中至关重要的半反应。受限于四电子转移耦合过程，OER是动力学缓慢过程。即使是使用昂贵的催化剂，OER过程仍需要较高的过电位。因此，开发高活性且稳定的OER电催化剂具有重要意义。

目前，根据材料的属性，碱性环境中OER催化剂大致可分为两类：一是RuO₂、IrO₂等的贵金属掺杂的催化剂；二是基于Fe、Ni、Co等过渡金属催化剂。贵金属材料成本昂贵、储量少，在OER过程中不够稳定，其应用受到一定的限制。相反，过渡金属基催化剂价格低廉，含量丰富，使得该材料成为研究热点。

金属有机框架催化剂(MOFs)是一种新型的自组装型多孔晶体材料，结合了无机和有机材料的特性，具有价格低廉、孔道结构易于调控、比表面积大、具有大量不饱和的金属活性位点等优势，在气体储存和分离、传感、催化等方面得到了广泛的研究。然而，MOFs导电性能较差，阻碍了电催化性能的发挥。因此，提高MOFs材料的导电性、增大电化学活性面对于增强电催化性能至关重要。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，通过溶剂热营造高温高压环境技术和金属离子协同作用相结合的方法，合成价格低廉、电催化性能优异的Fe-Ni-MOF的分层纳米片结构的电催化剂，该方法简单，便于操作，详细探究了该电催化剂在碱性电解液中OER催化性能及催化稳定性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，包括以下步骤：

S1、将对苯二甲酸和可溶性铁盐充分溶解于溶剂中，得到溶液B；其中，对苯二甲酸和可溶性铁盐的质量比为1：0.1～0.3；

S2、将以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S1得到的溶液B置于密闭容器中，然后在100～120℃下进行溶剂热高压反应，反应完成后，得到Fe-Ni-MOF纳米片。

进一步，S1中，所述可溶性铁盐为FeCl₃·6H₂O、硫酸铁、硝酸铁中的任意一种或多种。

进一步，S1中，所述溶剂为DMF水溶液，所述DMF水溶液是由DMF与水以体积比为5：1混合得到的。

进一步，S2中，以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料是由以下方法制备得到的：

将可溶性钴盐、可溶性镍盐和六亚甲基四胺充分溶解于乙二醇水溶液中，得到溶液A；

将预处理的泡沫镍和溶液A置于密闭容器中，然后在100～120℃下进行溶剂热高压反应，反应完成后，得到以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料。