[发明专利]一种非晶态镍铁基硼化物纳米材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于新材料技术领域，涉及电催化分解水制氧的电催化剂，具体涉及一种非晶态镍铁基硼化物纳米材料及其制备方法与应用，制备方法，将亚铁盐和镍盐制成混合溶液，在惰性气氛和冰水浴的条件下，向混合溶液中滴加硼氢化物的溶液进行反应获得非晶态NiFeB纳米材料，在惰性气氛条件下，将非晶态NiFeB纳米材料进行低温煅烧，即得。本发明提供的非晶态镍铁基硼化物纳米材料作为电催化剂时，能够实现较低的产氧过电位，并具有较好的稳定性。

技术领域

本发明属于新材料技术领域，涉及电催化分解水制氧的电催化剂，具体涉及一种非晶态镍铁基硼化物纳米材料及其制备方法与应用。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

水分解反应由两个半反应组成：析氧反应(OER)和析氢(HER)反应。据发明人研究了解，非晶态硼化物由于固有结构和低热力学稳定性，因而其作为电催化剂时，在电化学反应过程中很容易被腐蚀。所以，合理设计和构建非晶态镍铁基硼化物以同时获得高OER活性和高稳定性对于实现过渡金属硼化物工业电解水的应用至关重要。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种非晶态镍铁基硼化物纳米材料及其制备方法与应用，本发明提供的非晶态镍铁基硼化物纳米材料作为电催化剂时，能够实现较低的产氧过电位，并具有较好的稳定性。并且该材料反应原料易得、制备方法简单、元素环境有好、成本低廉利于工业化等优点。因此该材料具有良好的应用价值。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种非晶态镍铁基硼化物纳米材料的制备方法，将亚铁盐和镍盐制成混合溶液，在惰性气氛和冰水浴的条件下，向混合溶液中滴加硼氢化物的溶液进行反应获得非晶态NiFeB纳米材料，在惰性气氛条件下，将非晶态NiFeB纳米材料进行低温煅烧，即得。

本发明在惰性气氛和冰水浴的条件下制备的非晶态NiFeB纳米材料具有特定结构，例如核壳结构、片状结构等，然后进行低温煅烧调节硼电子结构，并维持该特定结构，从而使得获得的非晶态镍铁基硼化物纳米材料具有较低的产氧过电位及良好的稳定性。

研究表明，当非晶态镍铁基硼化物纳米材料为核壳结构时，具有更为优异的电催化析氧活性和稳定性。当镍盐为氯化镍时，可以获得的非晶态NiFeB纳米材料为核壳结构，经过低温煅烧能够维持该种结构。

另一方面，一种非晶态镍铁基硼化物纳米材料，由上述制备方法获得。

第三方面，一种上述非晶态镍铁基硼化物纳米材料作为电催化剂在电催化分解水中的应用。

第四方面，一种电分解水的装置，包括工作电极，所述工作电极附着上述非晶态镍铁基硼化物纳米材料。

与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：

本发明制备的非晶态镍铁基硼化物纳米材料具有特定的微观结构(例如核壳结构、片状结构等)，其中，核壳结构的协同作用有利于NiFeOOH活性物种的生成。一方面，硼化物核由于其较高的导电性可以促进OER过程中的电荷转移。另一方面，硼酸盐壳暴露出更多的活性位点，促进了NiFeOOH的生成。此外，非晶态镍铁基硼化物纳米材料在低温煅烧后表面硼酸盐比例升高，进一步提高了活性位点数量和活性物质中镍的价态。相比于片状结构的非晶态镍铁基硼化物纳米材料，非晶态NiFeB NPs-300催化剂的核壳结构有利于催化剂在OER过程中保持稳定，并且有序的纳米颗粒结构相较于无序分布的纳米片结构展现了更大的电化学活性面积。在OER过程中，核壳结构的非晶态镍铁基硼化物纳米材料的形貌和电子结构更有利于重构生成NiFeOOH活性物质。得益于这些特性，非晶态NiFeB NPs-300催化剂展现了优异的电催化析氧活性和稳定性。