一种具有自支撑二维纳米片阵列结构的高熵水滑石复合材料及其制备方法和应用

本发明属于电极材料制备，具体涉及一种具有自支撑二维纳米片阵列结构的高熵水滑石复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、电解水制氢是一种可持续发展的绿色燃料技术，对于缓解能源危机具有重大意义。良好的能源策略不仅应该生产清洁的h2，还应该利用多样化的阳极反应来取代缓慢的oer反应。常见的甲醇因为价格低、活性高、资源丰富，在碱性条件下常被选择性氧化为甲酸，一方面可以降低过电势，降低能耗和成本。另一方面，具有经济效应，甲酸、甲酸盐是化工行业中不可缺少的一种具有比甲醇更高工业价值的精细化学品。目前开发的催化剂中，贵金属及其衍生物因其大大降低了电解水的过电势(例如pt/c、ruo2和iro2)而受到关注，但其价格昂贵且存储量低限制了其进一步的开发和应用，而且催化效果有待进一步提高。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的在于提供一种具有自支撑二维纳米片阵列结构的高熵水滑石复合材料及其制备方法和应用。本发明提供的高熵水滑石复合材料具有良好的电催化水性能。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明还提供了一种具有自支撑二维纳米片阵列结构的高熵水滑石复合材料，包括导电衬底和呈二维纳米片阵列结构负载于导电衬底上的高熵水滑石材料；所述高熵水滑石材料的分子式为fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36或(fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36)-h2o2。

4、优选地，所述导电衬底为泡沫镍、碳布或碳纸。

5、本发明还提供了所述的高熵水滑石复合材料的制备方法，当高熵水滑石材料的分子式为fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36时，制备方法包括以下步骤：

6、将水溶性镍源、水溶性钴源、水溶性锌源、水溶性锰源、水溶性铁源、尿素和氟化铵溶于去离子水中，得到第一混合液；

7、将所述第一混合液在导电衬底表面进行第一水热反应，得到所述高熵水滑石材料fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36；

8、当高熵水滑石材料的分子式为(fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36)-h2o2时，制备方法包括以下步骤：

9、将水溶性镍源、水溶性钴源、水溶性锌源、水溶性锰源、水溶性铁源、尿素、氟化铵和过氧化氢溶液溶于去离子水中，得到第二混合液；

10、将所述第二混合液在导电衬底表面进行第二水热反应，得到所述高熵水滑石材料(fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36)-h2o2。

11、优选地，所述水溶性镍源包括六水合硝酸镍、氯化镍六水合物和硫酸镍六水合物中的一种或几种；

12、所述水溶性钴源包括六水合硝酸钴、氯化钴六水合物和硫酸钴六水合物中的一种或几种；

13、所述水溶性锌源包括六水合硝酸锌、氯化锌六水合物和硫酸锌六水合物中的一种或几种；

14、所述水溶性锰源包括四水合硝酸锰、六水合硝酸锰、氯化锰四水合物和硫酸锰一水合物中的一种或几种；

15、所述水溶性铁源包括九水合硝酸铁、氯化铁六水合物和硫酸铁无水合物中的一种或几种。

16、优选地，所述水溶性镍源、水溶性钴源、水溶性锌源、水溶性锰源中的金属离子的摩尔和与水溶性铁源中的铁离子的摩尔比为1.44:0.6。

17、优选地，所述水溶性镍源、水溶性钴源、水溶性锌源、水溶性锰源中的金属离子的摩尔比为1:1:1:1。

18、优选地，所述第一水热反应和第二水热反应的温度独立地为100～150℃，时间独立地为6～12h。

19、优选地，所述第一水热反应或第二水热反应后，还包括将水热反应所得产物依次进行洗涤、干燥和冷却。

20、优选地，所述洗涤为依次进行的去离子水洗涤和无水乙醇洗涤；所述干燥为真空干燥；所述干燥的温度为50～100℃，时间为6～24h。

21、本发明还提供了所述高熵水滑石复合材料或所述制备方法制备得到的高熵水滑石复合材料作为电极材料在电催化水或有机小分子氧化分解中的应用。

22、本发明提供了一种具有自支撑二维纳米片阵列结构的高熵水滑石复合材料，包括导电衬底和呈二维纳米片阵列结构负载于导电衬底上的高熵水滑石材料；所述高熵水滑石材料的分子式为fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36或(fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36)-h2o2。本发明提供的高熵水滑石复合材料不仅具有高熵水滑石(heldh)的良好稳定性、低吉布斯自由能、高熵效应、高比表面积等优良的理化特性，而且分子式为(fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36)-h2o2的高熵水滑石复合材料存在丰富的氧空位缺陷活性位点，能够进一步增强电催化水或有机小分子氧化分解。

23、本发明还提供了所述的高熵水滑石复合材料的制备方法，当高熵水滑石材料的分子式为(fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36)时，制备方法包括以下步骤：将水溶性镍源、水溶性钴源、水溶性锌源、水溶性锰源、水溶性铁源、尿素和氟化铵溶于去离子水中，得到第一混合液；将所述第一混合液在导电衬底表面进行第一水热反应，得到所述高熵水滑石复合材料；当高熵水滑石材料的分子式为(fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36)-h2o2时，制备方法包括以下步骤：将水溶性镍源、水溶性钴源、水溶性锌源、水溶性锰源、水溶性铁源、尿素、氟化铵和过氧化氢溶液溶于去离子水中，得到第二混合液；将所述第二混合液在导电衬底表面进行第二水热反应，得到所述高熵水滑石复合材料。本发明利用所述制备方法制备得到的目标材料之间的牢固界面接触使他们具有更好的界面耦合，进一步改善了离子和电子的传输。而且通过自支撑工艺，使活性位点沿着导电衬底垂直表面择优生长，形成了光滑均匀的表面，这不仅增大了活性表面与电解质的接触面积，而且实现了长时间工作的优异稳定性。

技术特征：

1.一种具有自支撑二维纳米片阵列结构的高熵水滑石复合材料，其特征在于，包括导电衬底和呈二维纳米片阵列结构负载于导电衬底上的高熵水滑石材料；所述高熵水滑石材料的分子式为fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36或(fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36)-h2o2。

2.根据权利要求1所述的高熵水滑石复合材料，其特征在于，所述导电衬底为泡沫镍、碳布或碳纸。

3.权利要求1或2所述的高熵水滑石复合材料的制备方法，其特征在于，当高熵水滑石材料的分子式为fe0.6co0.36ni0.36zn0.36mn0.36时，制备方法包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性镍源包括六水合硝酸镍、氯化镍六水合物和硫酸镍六水合物中的一种或几种；

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性镍源、水溶性钴源、水溶性锌源、水溶性锰源中的金属离子的摩尔和与水溶性铁源中的铁离子的摩尔比为1.44:0.6。

6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，所述水溶性镍源、水溶性钴源、水溶性锌源、水溶性锰源中的金属离子的摩尔比为1:1:1:1。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一水热反应和第二水热反应的温度独立地为100～150℃，时间独立地为6～12h。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一水热反应或第二水热反应后，还包括将水热反应所得产物依次进行洗涤、干燥和冷却。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述洗涤为依次进行的去离子水洗涤和无水乙醇洗涤；所述干燥为真空干燥；所述干燥的温度为50～100℃，时间为6～24h。

10.权利要求1或2所述高熵水滑石复合材料或权利要求3～9任一项所述制备方法制备得到的高熵水滑石复合材料作为电极材料在电催化水或有机小分子氧化分解中的应用。

技术总结本发明属于电极材料制备技术领域，具体涉及一种具有自支撑二维纳米片阵列结构的高熵水滑石复合材料及其制备方法和应用。本发明提供了一种具有自支撑二维纳米片阵列结构的高熵水滑石复合材料，包括导电衬底和呈二维纳米片阵列结构负载于导电衬底上的高熵水滑石材料，所述高熵水滑石材料的分子式为Fe<subgt;0.6</subgt;Co<subgt;0.36</subgt;Ni<subgt;0.36</subgt;Zn<subgt;0.36</subgt;Mn<subgt;0.36</subgt;或(Fe<subgt;0.6</subgt;Co<subgt;0.36</subgt;Ni<subgt;0.36</subgt;Zn<subgt;0.36</subgt;Mn<subgt;0.36</subgt;)‑H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;。本发明提供的高熵水滑石复合材料不仅具有高熵水滑石的优良的理化特性，而且分子式为(Fe<subgt;0.6</subgt;Co<subgt;0.36</subgt;Ni<subgt;0.36</subgt;Zn<subgt;0.36</subgt;Mn<subgt;0.36</subgt;)‑H<subgt;2</subgt;O<subgt;2</subgt;的高熵水滑石复合材料存在丰富的氧空位缺陷活性位点，能够进一步增强电催化水或有机小分子氧化分解。技术研发人员：陈龙,杜健豪,袁奥杰,张浩筠,陈玉洋,莫非,胡斌忠受保护的技术使用者：石河子大学技术研发日：技术公布日：2024/6/2