[发明专利]一种超薄碳包覆无定形/晶体异质相NiFe合金纳米材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种超薄碳包覆无定形/晶体异质相NiFe合金纳米材料及其制备方法和应用，该纳米材料具有核壳结构，包括无定形/晶体异质相NiFe合金核和超薄石墨烯壳，无定形/晶体异质相NiFe合金核由无定形区域和晶体区域组成。制备方法包括以下步骤：1)制备含有氧化石墨烯GO、镍盐、铁盐的固态混合前驱体；2)将固态混合前驱体和引发剂密封于充有氩气的玻璃瓶中，微波照射6‑15s。本发明以氧化石墨烯和金属盐作为前驱体，通过一步简单、高效、超快的微波热冲击法制备出具有无定形/晶体异质相和核壳结构的a/c‑NiFe‑G，并用于高效催化OER；通过本发明方法制得的a/c‑NiFe‑G对OER具有优异的催化活性和极高的稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，尤其涉及一种超薄碳包覆无定形/晶体异质相NiFe合金纳米材料及其制备方法和应用。

背景技术

析氧反应(OER)在各种可再生能源技术中起着至关重要的作用，例如电化学水分解、可充电金属-空气电池以及CO₂还原为化学品或燃料。然而，OER是一个复杂的四电子耦合反应，导致缓慢的动力学，限制了其整体能源效率。因此，高性能OER电催化剂的设计至关重要。目前，RuO₂/IrO₂等贵金属材料被认为是最有效的OER催化剂，但其稀缺性和高成本严重阻碍了它们的大规模应用。因此，急需发展高效、低成本、高稳定性的OER催化剂，Ni-Fe基复合催化剂已被研究证明是一种高效的OER催化剂。

目前，常规催化剂设计策略主要集中于组分/形貌/尺寸/晶面/缺陷工程，作为新兴的相工程设计策略，为优化纳米催化剂的性能提供了一种高效且有力的途径。近年来，无定形材料因其长程无序和不饱和配位结构引起了越来越多的关注，并表现出优异的催化活性，但其导电性和稳定性较差。因此，急需设计无定形/晶体异质相结构去优化电子结构并提高导电性，以增强催化活性和稳定性。然而，无定形/晶体异质相结构因其亚稳态的特点，合成仍具有一定的挑战；目前仅有少量研究报道该结构的合成，且这些合成方法耗时耗能。最近，微波热冲击法因其快速、均匀且高效的加热能力引起了极大的关注，已被用于合成高质量石墨烯、单原子催化剂和碳基复合材料。

尽管微波热冲击法已被用于合成大量先进纳米材料，但是并未被用于制备亚稳态无定形/晶体异质相结构。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种超薄碳包覆无定形/晶体异质相NiFe合金纳米材料(a/c-NiFe-G)及其制备方法和应用，本发明以氧化石墨烯(GO)和镍、铁的金属盐作为前驱体，通过一步简单、高效、超快的微波热冲击法制备出具有无定形/晶体异质相和核壳结构的a/c-NiFe-G，并用于高效催化OER。通过本发明方法制得的a/c-NiFe-G对OER具有优异的催化活性和极高的稳定性。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种超薄碳包覆无定形/晶体异质相NiFe合金纳米材料，所述超薄碳包覆无定形/晶体异质相NiFe合金纳米材料具有核壳结构，包括无定形/晶体异质相NiFe合金核和超薄石墨烯壳，所述无定形/晶体异质相NiFe合金核由无定形区域和晶体区域组成。a/c-NiFe-G的结构示意图如图1所示。

优选的，所述超薄石墨烯壳由2-6层具有大量碳原子缺失缺陷的超薄石墨烯组成；所述无定形/晶体异质相NiFe合金核中，Ni和Fe的摩尔比为1-8:1-8。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了一种超薄碳包覆无定形/晶体异质相NiFe合金纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

1)制备含有氧化石墨烯GO、镍盐、铁盐的固态混合前驱体；

2)将所述固态混合前驱体和引发剂密封于充有氩气的玻璃瓶中，微波照射6-15s，制备得到超薄碳包覆无定形/晶体异质相NiFe合金纳米材料。