一种Ir-Ni(OH)2/FeOOH@NF铱基催化剂及其制备方法及应用

本发明属于电化学催化，涉及一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂及其制备方法及应用。

背景技术：

1、当今世界的能源需求主要依赖于石油、汽油、煤炭和天然气等化石燃料，这些都是不可再生能源。同时，这些化石燃料燃烧过程中会产生大量的含碳气体，在产生的各种含碳气体中，危害最大的是二氧化碳。截至2022年，co2的年排放量约为360.7亿吨，大量的二氧化碳排放会导致温室效应、海平面上升和生物多样性丧失等问题。化石燃料使用量的日益加剧及其对环境的危害，促使研究人员将目光投向更绿色的替代品。

2、氢能作为一种可再生能源，具有资源丰富、来源广泛、燃烧热值高、清洁无污染、利用形式多样等优点，有望取代传统化石能源。电催化分解水由两个半电池反应组成，阳极的析氧反应（oer）和阴极的析氢反应（her）。但是无论是oer还是her都不能在其标准电极电位（用于her的0vvs.rhe和用于oer的1.23vvs.rhe）下发生，并且总会有与理论电位相比的额外电位的需要，这种额外电位被称为过电位，her和oer都有较大的过电位和较慢的动力学，这阻碍了全解水的实际应用。为降低水分解所需电压和提高能量转换效率，贵金属（pt、pb等）与贵金属氧化物（ruo2、iro2等）常被用作高效her和oer的电催化剂。但是，贵金属及其氧化物的稀缺性、高成本阻碍了电解水制氢的大规模工业化发展。因此，设计高效的地球储量丰富的电催化剂至关重要。大量的实验和理论研究证明，层状双金属氢氧化物是一种很有前途的用于新能源开发的电催化剂。其电化学转换反应表现出优异的催化性能，如oer和her，并且一些改性的层状双金属氢氧化物（ldh）的电催化活性可以与贵金属基电催化剂相媲美。

3、单一的ldh改性策略有时只能单一地改善ldh的her或oer性能，或者即使催化性能得到了较大的改善，其稳定性仍然较差。因此制备高催化性能兼具长时间稳定性的催化剂仍面临巨大的挑战。

4、在单原子催化剂中，由于稳定单原子的局域配位环境高度依赖于载体材料缺陷位点的局部电子结构，ldh由于其缺陷易调控，能为单原子提供良好的局域环境而备受关注。

技术实现思路

1、本发明克服了现有技术的不足，提出了一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂及其制备方法及其在碱/中性溶液中电催化裂解水的应用。

2、为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

3、一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂，包括泡沫镍基体，还包括生长在泡沫镍基体上的氢氧化镍和羟基氧化铁异质结以及负载在泡沫镍基体上的铱活性结构，所述的铱活性结构是由铱单原子和多个铱单原子构成的纳米颗粒组成；铱活性结构中心铱的存在形式有0价和3价。

4、优选的，铱元素的质量百分比≤20%。

5、一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

6、1）通过水热法使氢氧化镍和羟基氧化铁异质结生长在泡沫镍基体上；

7、2）通过油浴法在泡沫镍基体上负载铱活性结构；所述的油浴法的温度为80-180℃，油浴处理时间为1-5h。

8、优选的，水热法的温度为160℃，加热处理6h。

9、优选的，所述的步骤1）是将ni(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、尿素和nh4f加入水中制成水溶液后在反应釜中进行水热反应。

10、优选的，所述的步骤2）是将步骤1）处理后的泡沫镍基体加入到氯铱酸乙二醇溶液中，之后在油浴环境下热处理。

11、更优的，经过步骤2）处理得到的泡沫镍基体经过清洗干燥制成成品。

12、一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂在电催化水制氢制氧中的应用。

13、优选的，电催化水的反应温度为10-30℃。

14、优选的，电催化水制氢制氧是在碱性溶液或中性溶液中裂解水。

15、本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

16、本发明通过简单的水热法和油浴法，在金属氢氧化物表面负载了均匀的铱纳米颗粒及分散的单原子，大大提高了金属氢氧化物在碱性和中性溶液中的催化活性和稳定性。

17、本发明通过铱单原子与多个铱单原子组成的纳米颗粒的协同作用，与基底的镍铁基氢氧化物异质结共同促进水裂解成氢气和氧气。

技术特征：

1.一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂，包括泡沫镍基体，其特征在于，还包括生长在泡沫镍基体上的氢氧化镍和羟基氧化铁异质结以及负载在泡沫镍基体上的铱活性结构，所述的铱活性结构是由铱单原子和多个铱单原子构成的纳米颗粒组成；铱活性结构中心铱的存在形式有0价和3价。

2.根据权利要求1所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂，其特征在于，铱元素的质量百分比≤20%。

3.如权利要求1或2所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂的制备方法，其特征在于，水热法的温度为160℃，加热处理6h。

5.根据权利要求3所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤1）是将ni(no3)2·6h2o、fe(no3)3·9h2o、尿素和nh4f加入水中制成水溶液后在反应釜中进行水热反应。

6.根据权利要求3所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂的制备方法，其特征在于，所述的步骤2）是将步骤1）处理后的泡沫镍基体加入到氯铱酸乙二醇溶液中，之后在油浴环境下热处理。

7.根据权利要求6所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂的制备方法，其特征在于，经过步骤2）处理得到的泡沫镍基体经过清洗干燥制成成品。

8.如权利要求1或2所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂在电催化水制氢制氧中的应用。

9.根据权利要求8所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂在电催化水制氢制氧中的应用，其特征在于，电催化水的反应温度为10-30℃。

10.根据权利要求8所述的一种ir-ni(oh)2/feooh@nf铱基催化剂在电催化水制氢制氧中的应用，其特征在于，电催化水制氢制氧是在碱性溶液或中性溶液中裂解水。

技术总结本发明公开了一种Ir‑Ni(OH)<subgt;2</subgt;/FeOOH@NF铱基催化剂及其制备方法及应用，属于电化学催化技术领域；该催化剂包括生长在泡沫镍基体上的氢氧化镍和羟基氧化铁异质结以及负载在泡沫镍基体上的铱活性结构，铱活性结构是由铱单原子和多个铱单原子构成的纳米颗粒组成；铱活性结构通过高温油浴法负载在基体上；该催化剂应用于碱性或中性溶液中电催化裂解水的过程；本发明大大提高了金属氢氧化物在碱性和中性溶液中的催化活性和稳定性，铱单原子与铱纳米颗粒协同，与基底上的镍铁基氢氧化物异质结共同促进淡水或海水裂解成氢气和氧气。技术研发人员：宋艳慧,甘满元,郭俊杰,申永庆,刘培植受保护的技术使用者：太原理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18