一种镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料及其制备方法和应用

本发明涉及电解水，具体涉及一种镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，“新能源发电+电化学储能”的能源利用模式迅速崛起，受到了人们的广泛关注。氢能具有能量密度高、热值高、环保无污染等优点，是一种发展潜力巨大的能源。氢能产业的初衷是实现零碳排放或低碳排放，但目前基于可再生能源的电解水制氢(绿氢)的市场规模却仅仅占整个制氢市场规模的1％左右，难以满足实际应用需求。

2、电解水反应包括析氢反应(her)和析氧反应(oer)两个半反应，her反应是两电子转移过程，而oer反应却涉及四电子转移，因此oer反应的能垒更高，反应动力学速率较慢，但却也是影响电解水制氢效率的关键因素。研究表明，在25℃、1个大气压的条件下，水的电解热力学理论电势为1.23v，而由于电极过电势和溶液电阻等因素的影响，电解实际所需的电压要远高于理论值。为了降低能耗，可以使用催化剂来减少反应的能垒，进而降低过电势。目前，商业化的催化剂主要是贵金属材料(例如：用于her反应的铂基材料；用于oer反应的钌/铱基材料)，虽然它们的催化性能优异，但铂、钌、铱等贵金属元素在地球上的储量十分有限，价格波动大，成本高，而且这些贵金属材料在高电势下的长期稳定性较差，限制了其在电解水制氢领域的大规模应用。

3、因此，开发一种催化性能优异、长期稳定性好、成本低、原料来源广的电解水析氧反应催化剂具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料及其制备方法和应用。

2、本发明所采取的技术方案是：

3、一种镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料，其组成包括泡沫镍基底和原位生长在泡沫镍基底表面的镍铁纳米片；所述镍铁纳米片为镍铁层状双氢氧化物纳米片、硫掺杂镍铁层状双氢氧化物纳米片中的一种。

4、优选地，所述镍铁纳米片的片径为10nm～800nm。

5、进一步优选地，所述镍铁纳米片的片径为100nm～800nm。

6、优选地，所述镍铁纳米片呈卷曲状态，且呈无规则排布。

7、一种如上所述的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料的制备方法包括以下步骤：

8、将泡沫镍片用铁盐溶液进行浸泡，再取出泡沫镍片进行清洗和干燥，即得未进行硫掺杂的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料；

9、或者，将泡沫镍片用铁盐溶液进行浸泡，再取出泡沫镍片进行清洗和干燥，再将泡沫镍片用硫化物溶液进行浸泡，再取出泡沫镍片进行清洗和干燥，即得进行了硫掺杂的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料。

10、优选地，所述铁盐溶液中的铁盐为硝酸铁、氯化铁、醋酸铁中的至少一种。

11、优选地，所述铁盐溶液的浓度为0.02mol/l～2mol/l。

12、优选地，所述硫化物溶液中的硫化物为硫化钠、硫化钾、硫脲中的至少一种。

13、优选地，所述硫化物溶液的浓度为0.02mol/l～1mol/l。

14、优选地，所述用铁盐溶液进行浸泡的时间为2h～20h。

15、优选地，所述用铁盐溶液进行浸泡在室温(25℃±2℃)下进行。

16、优选地，所述用硫化物溶液进行浸泡的时间为2h～20h。

17、优选地，所述用硫化物溶液进行浸泡在室温下进行。

18、一种电解水析氧反应催化剂，其包含上述镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料。

19、一种如上所述的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料在电解水制氢中的应用。

20、本发明的有益效果是：本发明的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料可以用作电解水析氧反应催化剂，具有催化性能优异、长期稳定性好、成本低、原料来源广等优点，且其制备方法简单、反应条件温和，适合进行大规模工业化生产和应用。

21、具体来说：

22、1)本发明的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料用作电解水析氧反应催化剂能够有效降低析氧反应的过电势，催化性能优异(优于贵金属基催化剂二氧化钌(ruo2))，且在高电势条件下的稳定性优异；

23、2)本发明的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料是由地球上储量丰富、价格低廉的非贵金属材料制成，且制备方法简单、反应条件温和，适合进行工业化大规模生产和应用。

技术特征：

1.一种镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料，其特征在于，组成包括泡沫镍基底和原位生长在泡沫镍基底表面的镍铁纳米片；所述镍铁纳米片为镍铁层状双氢氧化物纳米片、硫掺杂镍铁层状双氢氧化物纳米片中的一种。

2.根据权利要求1所述的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料，其特征在于：所述镍铁纳米片的片径为10nm～800nm。

3.根据权利要求1或2所述的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料，其特征在于：所述镍铁纳米片呈卷曲状态，且呈无规则排布。

4.一种如权利要求1～3中任意一项所述的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐溶液中的铁盐为硝酸铁、氯化铁、醋酸铁中的至少一种；所述硫化物溶液中的硫化物为硫化钠、硫化钾、硫脲中的至少一种。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于：所述铁盐溶液的浓度为0.02mol/l～2mol/l；所述硫化物溶液的浓度为0.02mol/l～1mol/l。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：所述用铁盐溶液进行浸泡的时间为2h～20h。

8.根据权利要求4或7所述的制备方法，其特征在于：所述用硫化物溶液进行浸泡的时间为2h～20h。

9.一种电解水析氧反应催化剂，其特征在于，包含权利要求1～3中任意一项所述的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料。

10.一种如权利要求1～3中任意一项所述的镍铁层状双氢氧化物-泡沫镍复合材料在电解水制氢中的应用。

技术总结本发明公开了一种镍铁层状双氢氧化物‑泡沫镍复合材料及其制备方法和应用。本发明的镍铁层状双氢氧化物‑泡沫镍复合材料的组成包括泡沫镍基底和原位生长在泡沫镍基底表面的镍铁纳米片，镍铁纳米片为镍铁层状双氢氧化物纳米片、硫掺杂镍铁层状双氢氧化物纳米片中的一种。本发明的镍铁层状双氢氧化物‑泡沫镍复合材料可以用作电解水析氧反应催化剂，具有催化性能优异、长期稳定性好、成本低、原料来源广等优点，且其制备方法简单、反应条件温和，适合进行大规模工业化生产和应用。技术研发人员：王浩帆,杨宏宵,余皓,王红娟,曹永海,张泰然,李贝受保护的技术使用者：华南理工大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10