一种NiM-LDH-N/FF的制备方法及其应用

本发明涉及双功能催化剂，具体涉及一种nim-ldh-n/ff的制备方法及其应用。

背景技术：

1、通过电解水生产高纯度氢气是碳中和的重要途径，开发催化性能优异且成本低廉的电解水催化剂，是当前亟需解决的重大难题。过渡金属基材料作为廉价的电解水催化剂材料，在碱性介质中表现出良好的活性，是当前的热门研究。

2、粉末式催化剂因存在电导率低、活性位点被粘结剂部分覆盖的缺点，导致电催化活性降低。而直接在基底上制备活性材料可以有效地提高电极的机械稳定性和电子导电性，从而提高其催化性能。作为3d多孔基材，泡沫铁具有良好的导电性(加速电子扩散)、高比表面积(有利于催化剂分散)和多孔结构(及时扩散生成的气体)等优点。与结晶材料相比，非晶材料暴露在高腐蚀和氧化环境中往往不稳定。水热/溶剂热反应可以获得纯度高、结晶度好的且形态规则的催化剂。所以通过溶剂热反应直接在泡沫铁上负载催化剂能有效解决传统的掉样问题和活性位点被掩盖的问题，得到电化学性能优异且稳定性良好的催化剂。

3、基于上述，本发明提供了一种制备方法简便且电化学性能优异，能用于her/oer双功能催化的电催化剂。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的问题，本发明提供了能用于her/oer双功能催化的电催化剂。将金属氢氧化物催化剂附着在泡沫铁上，有效解决样品掉落问题。再次进行的溶剂热反应，将附着好的催化剂充分与反应物活化，避免活性位点被掩盖。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

3、本发明第一方面提供了一种nim-ldh-n/ff的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将泡沫铁进行超声清洗，然后真空干燥；

5、(2)将步骤(1)处理后的泡沫铁放入含有镍盐、另一过渡金属盐、六次甲基四胺与甲醇的反应釜中进行溶剂热反应，生成层状双金属氢氧化物-泡沫铁复合物；

6、(3)将所述层状双金属氢氧化物-泡沫铁复合物放入含有镍盐、氯化铵与甲醇的反应釜中进行二次溶剂热反应，生成nim-ldh-n/ff；

7、所述另一过渡金属盐为铁盐、钴盐或锰盐，所述nim-ldh-n/ff中m为fe、co或mn。

8、作为3d多孔基材，泡沫铁具有良好的导电性(加速电子扩散)、高比表面积(有利于催化剂分散)和多孔结构(及时扩散生成的气体)等优点。

9、水热/溶剂热反应可以获得纯度高、结晶度好且形态规则的催化剂。所以通过溶剂热反应直接在泡沫铁上负载催化剂能有效解决传统的掉样问题和活性位点被掩盖的问题，得到电化学性能优异且稳定性良好的催化剂。

10、优选地，步骤(1)中，所述泡沫铁依次用丙酮、0.2wt％稀盐酸、去离子水、无水乙醇进行超声清洗，然后真空干燥；所述0.2wt％稀盐酸酸洗时间为5min，其它清洗均为10min；所述真空干燥为在60℃的真空干燥箱中干燥12h。

11、在本发明的一些具体实施例中，所述另一过渡金属盐为硝酸铁、硝酸钴或氯化锰。

12、优选地，步骤(2)中，所述镍盐与另一过渡金属盐的摩尔比为(2-4):1；进一步优选地，所述镍盐与另一过渡金属盐的摩尔比为3:1。

13、优选地，步骤(2)中，所述镍盐、六次甲基四胺、甲醇的用量比为1mmol：(15-25)mmol：(150-250)ml。

14、优选地，步骤(2)中，所述溶剂热反应温度为100-140℃，时间为10-14h；进一步优选地，步骤(2)中，所述溶剂热反应温度为110-130℃，时间为11-13h。

15、优选地，步骤(3)中，所述镍盐与氯化铵的摩尔比为1：(3-5)；进一步优选地，步骤(3)中，所述镍盐与氯化铵的摩尔比为1：4。

16、优选地，步骤(3)中，所述二次溶剂热反应温度为100-140℃，时间为3-5h；进一步优选地，步骤(3)中，所述二次溶剂热反应温度为110-130℃，时间为3.5-4.5h。

17、本发明第二方面提供了一种双功能电催化剂，由所述的nim-ldh-n/ff的制备方法制备得到。

18、本发明第三方面提供了所述的双功能电催化剂在电解水制氢和/或制氧中的应用。

19、优选地，所述双功能电催化剂用于电解氢氧化钾水溶液制备氢气和氧气。

20、进一步优选地，所述氢氧化钾水溶液的浓度为0.8-1.2mol/l；再进一步优选的，所述氢氧化钾水溶液的浓度为1mol/l。

21、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

22、本发明通过水热/溶剂热反应可以获得纯度高、结晶度好且形态规则的催化剂。通过溶剂热反应直接在泡沫铁上负载催化剂能有效解决传统的掉样问题和活性位点被掩盖的问题。

技术特征：

1.一种nim-ldh-n/ff的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的nim-ldh-n/ff的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述泡沫铁依次用丙酮、0.2wt％稀盐酸、去离子水、无水乙醇进行超声清洗，然后真空干燥。

3.根据权利要求1所述的nim-ldh-n/ff的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述镍盐与另一过渡金属盐的摩尔比为(2-4):1。

4.根据权利要求1所述的nim-ldh-n/ff的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述溶剂热反应温度为100-140℃，时间为10-14h。

5.根据权利要求1所述的nim-ldh-n/ff的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述镍盐与氯化铵的摩尔比为1：(3-5)。

6.根据权利要求1所述的nim-ldh-n/ff的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述二次溶剂热反应温度为100-140℃，时间为3-5h。

7.一种双功能电催化剂，其特征在于，由权利要求1-6任一项所述的nim-ldh-n/ff的制备方法制备得到。

8.权利要求7所述的双功能电催化剂在电解水制氢和/或制氧中的应用。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述双功能电催化剂用于电解氢氧化钾水溶液制备氢气和氧气。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述氢氧化钾水溶液的浓度为0.8-1.2mol/l。

技术总结本发明公开了一种NiM‑LDH‑N/FF的制备方法及其应用。一种NiM‑LDH‑N/FF的制备方法，包括以下步骤：将泡沫铁进行超声清洗，然后真空干燥；处理后的泡沫铁放入含有镍盐、另一过渡金属盐、六次甲基四胺与甲醇的反应釜中进行溶剂热反应，生成层状双金属氢氧化物‑泡沫铁复合物；将所述层状双金属氢氧化物‑泡沫铁复合物放入含有镍盐、氯化铵与甲醇的反应釜中进行二次溶剂热反应，生成NiM‑LDH‑N/FF；所述另一过渡金属盐为铁盐、钴盐或锰盐，所述NiM‑LDH‑N/FF中M为Fe、Co或Mn。本发明通过水热/溶剂热反应可以获得纯度高、结晶度好且形态规则的催化剂，通过溶剂热反应直接在泡沫铁上负载催化剂能有效解决传统的掉样问题和活性位点被掩盖的问题。技术研发人员：孙明,刘漫娜,蒋骐聪,杨健涛,许盈盈,余林受保护的技术使用者：广东工业大学技术研发日：技术公布日：2024/5/10