一种FeCoNiWCuOOH@Cu电催化剂及其制备方法与应用

本发明涉及电催化水分解，尤其涉及一种feconiwcuooh@cu电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、氢能因其可持续性、高能密度和环保特性，是实现脱碳目标最有希望的途径之一。电催化水分解已成为间歇性可再生能源转化为氢燃料的理想策略。尽管含有贵金属的化合物(如pt和ir)是目前可用于该工艺的最先进的催化剂，但它们的稀缺性和高成本严重限制了它们的大规模实际应用。大量的研究工作致力于开发基于地球富含的过渡金属的低成本、高效电催化剂。单金属过渡金属(fe、co、ni、w、mo、cu等)表现出中等的催化活性，而这些元素的合金可以修饰活性位摩尔数(几何效应)和电子结构(电子效应)，从而产生具有最小能垒的理想催化过渡态，不断改善电催化水分解性能。

2、高熵层状双氢氧化物是一类由五种或五种以上主要金属元素组成的新兴材料。其中，层状双氢氧化物结构具有元素的多样性、结构的灵活性和制备的简单性，是电催化水分解中最有效的电催化剂之一。而高熵工程有望进一步提高层状双氢氧化物的电催化水分解性能。结合多种金属成分的协同作用、精细化的几何形态调控、优化的电子结构、优异的化学和热稳定性，高熵层状双氢氧化物在储能和电催化方面显示出巨大的前景。

3、除了挑选具有高固有活性的电催化水分解材料之外，促进反应物吸附、反应和解吸的大比表面积对于有效利用高熵材料的高催化活性是至关重要的。除了广泛研究的颗粒催化剂外，纳米多孔金属作为结构-功能集成材料，具有三维双连续开放多孔结构、高比表面积和高电导率，有利于内部多孔通道内的质量传输。更重要的是，纳米多孔基质很容易与其他活性物质结合，从而使模板策略能够精确控制负载量和界面结构，进一步提高催化性能。

4、现有技术中如文献《amonolayerhigh-entropy layered hydroxide frame forefficient oxygen evolution reaction》(yiran ding,adv.mater.2023,2302860)首次报道了对zn(no3)2、co(no3)2、ni(no3)2、fe(no3)3和mg(no3)2混合物前驱体进行共沉淀法，制备znconifemg高熵层状氢氧化物，并应用于电解水产氧领域。但是该方法过程较为繁琐，控制较为精细，能耗较高，制备不易。另外，该方法合成的样品只具有单一的水氧化活性，对水分解制氢能力并没有研究。基于此，本发明提供一种feconiwcuooh@cu电催化剂及其制备方法与应用。

技术实现思路

1、针对上述技术问题，本发明提供了一种feconiwcuooh@cu电催化剂及其制备方法与应用，制得的feconiwcuooh@cu电催化剂为高熵层状双氢氧化物电催化剂，具有分级金属网络结构，可以用于碱性条件下的高效电催化水分解反应，并且同时实现阴极制氢和阳极制氧反应。通过非贵金属的使用可以降低电解水催化剂的成本。具体包括以下技术方案：

2、第一方面，提供一种feconiwcuooh@cu电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)在n2气氛中电弧融化cu和al金属，得到cual合金；

4、(2)对步骤(1)中获得的cual合金进行炉冷却和切割程序，制备cual合金片；

5、(3)将步骤(2)中制备的cual合金片浸泡在hcl溶液中，进行化学脱合金除al后，使用超纯水对脱合金后的样品进行冲洗，得到纳米多孔cu骨架；

6、(4)取fecl3、钴盐、镍盐、无水柠檬酸溶解于h2o和c2h6o的混合溶液中，记为溶液1；取na2wo4·2h2o溶解于h2o中，记为溶液2；将溶液2加入到溶液1中，得到电镀液；

7、(5)使用步骤(3)制得的纳米多孔cu骨架、石墨棒电极和饱和甘汞电极分别作为工作电极、对电极和参比电极，以步骤(4)制备的电镀液为电解液，组装三电极体系，在纳米多孔cu骨架上电沉积feconiwcuo@cu；

8、(6)使用步骤(5)制得的feconiwcuo@cu作为工作电极，石墨棒电极作为对电极，氧化汞电极作为参比电极，以koh溶液为电解液，组装三电极体系，对feconiwcuo@cu进行循环伏安曲线测试，得到feconiwcuooh@cu电催化剂。

9、优选的，步骤(1)中，所述的cu的纯度为99～99.9％，所述的al的纯度为99～99.9％。

10、优选的，步骤(1)中，所述的cu和al的原子量之比为1：(2-6)。

11、优选的，步骤(2)中，所述的cual合金片的厚度为80～500μm。

12、进一步的，步骤(3)中，hcl溶液的物质的量浓度为：1～3m。

13、优选的，步骤(3)中，cual合金片浸泡在hcl溶液的时间为2-24h。

14、优选的，步骤(3)中，使用超纯水对脱合金后的样品进行冲洗的次数为3～6次。

15、其中，使用超纯水对脱合金后的样品进行冲洗是为了除去纳米孔中残留的化学物质。

16、进一步的，步骤(4)的溶液1中，所述的钴盐为co(no3)2·6h2o、cocl2·6h2o、co(ch3coo)2·4h2o中的一种，所述的镍盐为ni(no3)2·6h2o、nicl2·6h2o、niso4·6h2o、ni(ch3coo)2·4h2o中的一种。

17、进一步的，所述的钴盐的物质的量为0.1～2mmol，所述的镍盐的物质的量为0.1～2mmol。

18、进一步的，所述的fecl3的物质的量为0.1～2mmol，所述的无水柠檬酸的物质的量为1～10mmol，所述的混合溶液的体积为10～30ml。

19、进一步的，所述的钴盐与镍盐的物质的量之比为1：(0.5-2)。

20、优选的，所述的钴盐与镍盐的物质的量之比为1：1。

21、优选的，步骤(4)中，所述的钴盐为co(no3)2·6h2o。所述的镍盐为nicl2·6h2o。

22、优选的，步骤(4)的溶液1中，所述的混合溶液中h2o和c2h6o的体积比为：1：(0.5-2)。

23、进一步的，步骤(4)的溶液2中，所述的na2wo4·2h2o的物质的量为1～10mmol，所述的h2o的体积为：10～50ml。

24、优选的，步骤(5)中，在纳米多孔cu骨架上电沉积feconiwcuo@cu的电势条件为-10～-1v。

25、进一步的，步骤(6)中的koh溶液的物质的量浓度为0.1～2m。

26、优选的，步骤(6)中，所述的循环伏安曲线测试的次数为1～30次、电位区间为-1～2v、扫描速度为10～30mv s-1。

27、第二方面，提供一种feconiwcuooh@cu电催化剂，由第一方面所述的feconiwcuooh@cu电催化剂的制备方法制得。

28、第三方面，提供如第二方面所述的feconiwcuooh@cu电催化剂在电催化水分解中的应用。

29、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

30、本发明制得的feconiwcuooh@cu电催化剂可以实现碱性条件下的高效电催化水分解反应，并且同时实现阴极制氢和阳极制氧反应。另外，本发明制备的feconiwcuooh@cu电催化剂具有双连续孔道结构，原料来源广泛，制备方法简便易得，原料均使用非贵金属，降低了成本。

31、此外，制备过程中的三维双连续孔道结构的cu载体赋予了体系高比表面积、快速地传质和电荷传输通道以及稳定的纳米结构，从而避免了结构严重的重建。而衍生出的feconiwcuooh@cu电催化剂提供了高度密集且广泛分布的活性位点。