一种泡沫铁镍表面原位生长铂修饰的镍铁层状双氢氧化物双功能材料及其制备方法和应用

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及到一种泡沫铁镍表面原位生长铂修饰的镍铁层状双氢氧化物双功能材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、氢能日益被视为清洁能源的基石，电催化碱性条件下水分解制氢过程具有环保性，无碳排放，被认为是一种应对气候变化和能源短缺问题的有效策略(nat.mater.,2024,23:252-261)。但是，目前由于碱性电解水高的过电位、大的能量消耗，使其制氢成本较高，仍未得到大规模应用(bioresource tech.,2021,319:124175)。因此，开发高效的电催化剂对于降低电解水制氢的成本、实现经济可行的电解水制氢工程至关重要。

2、电解水过程包括析氢反应(her)和析氧反应(oer)，而oer由于其固有的缓慢的四电子转移过程，在将oh-氧化为o2的过程往往是电解水的决速步骤(j.colloid interfacesci.,2024,657:83-90)。双金属铁镍氢氧化物被认为是碱性溶液中最有前途的oer非贵金属催化剂之一(angew.chem.int.ed.,2018,58:1252-1265)。此外，在碱性溶液中，铂和氢氧化物的组合可以解决金属铂对水的解离较慢的问题，提高pt在碱性溶液中的her活性(appl.catal.b:environ.,2022,316:121654)。因此，将较低载量的铂和镍铁氢氧化物相结合，可以同时提高her和oer的催化活性，极大地降低电解水过程中的过电位。

3、泡沫镍(nf)具有三维(3d)多孔结构，可有效促进气泡释放，从而防止活性位点堵塞，因此在碱性电解水领域受到广泛关注。此外，与粉末催化剂需要粘结剂固定在导电基底上的电极相比，直接生长在基底上多的电极的催化剂往往具有更高的稳定性和导电性。在之前的工作中，开发了一种在温和条件下于nf表面生长铂修饰的ni(oh)2纳米片的方法(appl.surf.sci.,2023,629:157433，cn117987843a)。由此得到的pt/ni(oh)2/nf电极在碱性条件下具有良好的析氢性能，但由于缺乏高价金属离子，析氧性能并不理想。

4、在公开号cn117385396a的“在泡沫镍铁表面制备镍铁层状双金属氢氧化物材料的方法”专利中，虽然在制备过程中无需加入镍离子和铁离子盐，但是需要额外加入钴盐和硫酸盐等牺牲剂，对金属铁镍基底进行腐蚀。这种制备方法会将溶液中的钴离子和硫酸根离子引入所制备的材料中，成为掺杂物质。此外，此发明所制备的材料的应用只限于析氧反应。在公开号cn114643057a的“一种泡沫镍担载的镍铁双金属羟基氧化物复合催化剂及其制备方法和应用”专利中，通过将泡沫镍在含有铁前驱体六水三氯化铁、无水硫酸和去离子水的混合溶液中热处理，得到在泡沫镍表面生长的镍铁双羟基氧化物符合催化剂，此催化剂应用于灭活生物气溶胶上病原微生物的动态捕获和光催化净化方面。在公开号cn116949494a的“基于泡沫镍铁的电解水双功能催化剂及其制备方法”专利中，其是首先在泡沫铁镍表面生长镍铁氧化物纳米片，再通过水热法生长负载钒掺杂镍钴层状双氢氧化物中间体，最后通过等离子体化学气相沉积合成钒掺杂磷化镍钴纳米片。虽然此发明的材料具有析氢和析氧的双功能特性，但是其步骤较为复杂，实验方法成本较高，不利于放大生产。

技术实现思路

1、本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本技术的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

2、鉴于上述和/或现有技术中存在的问题，提出了本发明。

3、因此，本发明的目的是，克服现有技术中的不足，提供一种泡沫铁镍表面原位生长铂修饰的镍铁层状双氢氧化物双功能材料的制备方法。

4、为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种泡沫铁镍表面原位生长铂修饰的镍铁层状双氢氧化物双功能材料的制备方法，包括，

5、将金属泡沫铁镍置于含有氯铂酸前驱体的酸性溶液中，加热处理，于金属泡沫铁镍表面得到固载有铂金属纳米颗粒的镍铁层状双金属氢氧化物纳米片。

6、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述含有氯铂酸前驱体的酸性溶液，其中，酸性溶液由醚类化合物、醇类化合物和水组成，醚、醇类和水的体积比为(2：7：1)～(5：2：3)。

7、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述醚类化合物包括乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇二甲基醚、二乙二醇二乙醚，正丁醚中的一种或几种；

8、所述醇类化合物包含甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、丙三醇中的一种或几种。

9、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述酸性溶液的ph值为1～6。

10、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述氯铂酸前驱体为铂的氯化物、硝酸盐和碳酸盐，包括氯金酸、氯金酸钾、氯金酸钠、氯金酸铵、氯铂酸、氯铂酸钠、氯铂酸钾、氯化铂、亚氯铂酸钾、亚氯铂酸钠、二乙胺氯化铂、硝酸铂、四氯铂酸铵、氯钯酸铵、氯钯酸钠、氯钯酸钾、氯铑酸铵、氯铑酸钠、氯铑酸钾、氯铱酸、氯铱酸钠、氯铱酸钾、三氯化铑、三氯化钌、氯化铜、氯化亚铜中的一种或几种。

11、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述金属泡沫铁镍中，铁和镍的重量比值为0～1，不包括0和1。

12、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述金属泡沫铁镍中，铁和镍的重量比值3:7。

13、作为本发明所述制备方法的一种优选方案，其中：所述加热处理过程的温度为0～200℃，时间为0～24h。

14、本发明的再一个目的是，克服现有技术中的不足，提供一种泡沫铁镍表面原位生长铂修饰的镍铁层状双氢氧化物双功能材料电极。

15、本发明的另一个目的是，克服现有技术中的不足，提供所述的电极在碱性条件下电解水析氢和析氧反应中的应用。

16、本发明有益效果：

17、(1)本方法制备的铂/镍铁层状双金属氢氧化物/泡沫铁镍三元复合电极是一种双功能电极，作为碱性条件下电解水的析氢电极和析氧电极均具有优异的活性和稳定性；

18、(2)本发明采用一步法，将泡沫铁镍基底浸没于含有氯铂酸的醚的酸性溶液中，无需额外添加镍离子或/和铁离子盐，通过加热处理一定时间，于泡沫铁镍表面原位生长了铂纳米颗粒修饰的镍铁层状双金属氢氧化物混合材料。

19、(3)本发明无须传统水热法的高温和高压的制备条件，对设备要求低，无须额外加入镍离子盐和铁离子盐以及牺牲剂，本发明有效避免了添加金属盐牺牲剂，因此实现了纯净无掺杂的双功能电极的成功制备；依靠质子酸的氧化能力使金属镍和金属铁氧化成镍离子和铁离子，制备具有较高金属离子价态的镍铁层状双金属氢氧化物，为铂颗粒的分散提供了大的比表面积，降低了贵金属铂的用量，同时避免了粘结剂的使用导致的催化剂流失和电阻较大的问题。

20、(4)本发明得到的铂/镍铁层状双金属氢氧化物/泡沫铁镍材料具有贵金属负载量低、活性位点丰富、活性和稳定性高的特点，是一种可以同时作为析氢反应和析氧反应的双功能电极，也为原位制备高性能、稳定的电极提供了指导，在能源、催化等领域具有广泛的应用前景。