一种高性能催化剂及其制备方法和应用

本发明属于电催化水分解，涉及一种高性能催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着经济和社会的快速发展，环境污染和能源危机问题日益突出，迫切需要开发清洁和可再生能源。氢能具有高燃烧值和无碳排放等优点，已经引起了广泛的关注，成为了研究的前言和热点。电催化水分解是一种制备高纯氢气的有效方法，其在阴极发生的氢析出反应(her)，在阳极发生氧析出反应(oer)，而oer由于反应动力学缓慢，被认为是水分解制氢技术的瓶颈。

2、目前，最先进的oer催化剂是贵金属基材料，如iro2或ruo2等。然而，贵金属催化剂的高成本、稀缺性和较差的稳定性限制了其大规模应用。因此，开发具有优异催化活性、低成本、易制备的稳定非贵金属基oer催化剂是推动大规模电解水制氢的关键技术之一。

3、近年来，在非贵金属基oer催化剂研发中，过渡金属氧化物、硫化物、氮化物和氢氧化物等材料已被广泛开发。其中，nife基层状双金属氢氧化物由于其资源丰富、低成本和固有的oer催化活性，被认为是碱性电解质中替代贵金属催化剂的替代品。然而，目前报道的催化剂重构所需电位较高且合成方法复杂。因此，急需设计一种简单快速的方法来增强自重构和构建丰富的高活性中心，从而制造高效低成本的oer催化剂。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供了一种通过在nife-ldh中引入zn原子制备nifezn-ldh，并在随后的电化学激活过程中使zn浸出，促进其自重构并形成nifeooh活性中心的高性能催化剂。

2、本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

3、一种高性能催化剂，所述催化剂由阳离子zn原位浸出促进镍铁层状双氢氧化物在电化学活化下快速自重构形成。

4、在上述的一种高性能催化剂中，所述催化剂为厚度1-10nm的超薄的纳米片结构。本发明催化剂为厚度1-10nm的超薄的纳米片结构可以为催化剂在析氧反应中提供足够多的活性位点，提高催化效率。

5、本发明还提供一种上述高性能催化剂的制备方法，所述方法包括如下步骤：

6、s1、将zncl2.6h2o、nicl2.6h2o、fecl3.6h2o和co(nh2)2溶于水中进行均匀搅拌，然后进行加热反应；

7、s2、反应结束后进行后处理得nifezn-ldh；

8、s3、最后对nifezn-ldh进行电化学活化。

9、在上述的一种高性能催化剂的制备方法中，步骤s1中zncl2.6h2o、nicl2.6h2o、fecl3.6h2o和co(nh2)2的摩尔比为x：(1-x)：(0.1-0.5)：(5-10)，其中x＝0.05-0.20。本发明通过控制zncl2.6h2o、nicl2.6h2o的含量比例使得制备的高性能催化剂能够达到最佳的催化活性以及稳定性

10、在上述的一种高性能催化剂的制备方法中，步骤s1中加热反应温度为110-125℃，时间为12-20h。

11、在上述的一种高性能催化剂的制备方法中，后处理依次为冷却、抽滤、洗涤、冷冻干燥。

12、在上述的一种高性能催化剂的制备方法中，冷冻干燥温度为-(75-85)℃，时间为20-28h。本发明通过冷冻干燥法制备的粉末催化剂相比于传统干燥法具有形状规则、硬团聚少、化学均匀性好等优点。

13、在上述的一种高性能催化剂的制备方法中，电化学活化为通过线性循环在1.25-1.75v下循环5-15圈。本发明通过线性循环在1.25-1.75v下循环5-15圈的电化学活化nifezn-ldh中zn原子原位浸出促进其发生自重构，生成高活性物质nifeooh,促进析氧反应。

14、本发明还提供了一种上述高性能催化剂在电催化分解水反应中的应用。

15、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

16、1.本发明通过在nife-ldh中引入微量的zn，形成nifezn-ldh，随后通过简单的电化学活化，即cv扫描使zn原位浸出促进自重构形成高活性的nifeooh中心，制备的nifeooh-vzn催化剂具有优异的催化活性以及稳定性，制备过程简单、环保；

17、2.本发明采用简单的一步水热法制备nifezn-ldh，后通过简单的电化学活化制备nifeooh-vzn高效析氧催化剂具有优异的oer催化活性和稳定性，可以直接作为电催化分解水反应的工作电极，利于实际电化学应用。

技术特征：

1.一种高性能催化剂，其特征在于，所述催化剂由阳离子zn原位浸出促进镍铁层状双氢氧化物在电化学活化下快速自重构形成。

2.根据权利要求1所述的一种高性能催化剂，其特征在于，所述催化剂为厚度1-10nm的超薄的纳米片结构。

3.一种如权利要求1所述高性能催化剂的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述一种高性能催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中zncl2.6h2o、nicl2.6h2o、fecl3.6h2o和co(nh2)2的摩尔比为x：(1-x)：(0.1-0.5)：(5-10)，其中x＝0.05-0.20。

5.根据权利要求3所述一种高性能催化剂的制备方法，其特征在于，步骤s1中加热反应温度为110-125℃，时间为12-20h。

6.根据权利要求3所述一种高性能催化剂的制备方法，其特征在于，后处理依次为冷却、抽滤、洗涤、冷冻干燥。

7.根据权利要求6所述一种高性能催化剂的制备方法，其特征在于，冷冻干燥温度为-(75-85)℃，时间为20-28h。

8.根据权利要求3所述一种高性能催化剂的制备方法，其特征在于，电化学活化为通过线性循环在1.25-1.75v下循环5-15圈。

9.一种如权利要求1所述高性能催化剂在电催化分解水反应中的应用。

技术总结本发明属于电催化水分解技术领域，涉及一种高性能催化剂及其制备方法和应用。本发明通过在NiFe‑LDH中引入微量的Zn，形成NiFeZn‑LDH，随后通过简单的电化学活化，即CV扫描使Zn原位浸出促进自重构形成高活性的NiFeOOH中心，制备的NiFeOOH‑V<subgt;Zn</subgt;催化剂具有优异的催化活性以及稳定性，制备过程简单、环保。技术研发人员：石青,郭浩男,杨为佑受保护的技术使用者：宁波工程学院技术研发日：技术公布日：2024/5/29