铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料及其制备方法和应用，该制备方法包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得反应产物A；2)在溶剂的存在下，将镍源、氟化铵、尿素、反应产物A进行溶剂热反应以制得铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料。该铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料具有低过电位和高稳定性的特性，进而其能够应用于析氧反应和析氢反应中，同时该制备方法原料简单、操作方便。

Fe Ni layered double hydroxide / foam nickel composite material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及复合材料，具体地，涉及一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
由于目前世界污染越来越严重，人们对于清洁能源的需求越来越渴望，目前所发现或者可能被人们利用的包括太阳能、风能、核能、氢能。其中太阳能和风能受地域和时间影响较大，核能由于可能潜在的安全性而不是被广泛的接受。而氢能能够使用便捷，单位质量的热量高，对于环境完全无污染，是新能源研究领域的研究重点。目前制氢技术分为电解水制氢和光解水制氢，但是目前发展较为成熟的技术手段和应用较广的是电解水制氢。目前工业上所用的电解水制氢的在碱性条件下的电压远高于水分解为氧气和氢气的理论电压，有大量的电能被用来克服电极表面的过电势，而电解水分为中阳极析氧反应和阴极析氢反应，因此开发高校、稳定析氧和析氢电催化剂是电解水行业亟待解决的问题。传统的析氧和析氢催化剂是贵金属和部分贵金属氧化物(IrO2和RuO2)，催化性能优异，但是价格高昂，资源稀缺使其难以大范围应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料及其制备方法和应用，该铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料具有低过电位和高稳定性的特性，进而其能够应用于析氧反应和析氢反应中，同时该制备方法原料简单、操作方便。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的制备方法，包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得反应产物A；2)在溶剂的存在下，将镍源、氟化铵、尿素、反应产物A进行溶剂热反应以制得铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料。本专利技术还提供了一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料，该铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料通过上述的制备方法制备而得。本专利技术进一步提供了一种如上述的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料在析氢反应和析氧反应中的应用。在上述技术方案中，本专利技术通过两步溶剂热法制得铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料，附着在泡沫镍上的具有微小颗粒的片层结构，结晶度高，有利于在大电流情况下维持电极材料自身结构的稳定性使其不坍塌；该复合材料具有低过电位和高稳定性的特性，同时在碱性条件下表现了良好的析氧和析氢性能，在10mA·cm-2的电流密度下，氧析出的过电位为197mV，氢析出的过电位为129mV，进而其可以视为代替贵金属及其氧化物作为析氧和析氢电催化剂的良好材料。同时该制备方法具有步骤简单、耗能较低、后处理简单、原料来源广泛，价格低廉，进而能够进一步便于该制备方法的广泛推广。本专利技术的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明附图是用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本专利技术，但并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是检测例1中B1的SEM图；图2是检测例2中B1的TEM图；图3是检测例3中B1的XRD图；图4是应用例1中B1的氧析出的线性伏安曲线的LSV图；图5是应用例1中B1的氢析出的线性伏安曲线的LSV图。具体实施方式以下对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限制本专利技术。在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。本专利技术提供了一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的制备方法，包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得反应产物A；2)在溶剂的存在下，将镍源、氟化铵、尿素、反应产物A进行溶剂热反应以制得铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料。在上述制备方法的步骤1)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步改善制得的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的过电位、稳定性和催化性能，优选地，在步骤1)中，铁源、氟化铵、尿素与泡沫镍的用量比为0.75mmol：1-8mmol：2-18mmo：1cm×1cm-2.5cm×4cm，所述泡沫镍的厚度为1.5mm。在上述制备方法的步骤1)中，溶剂的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步改善制得的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的过电位、稳定性和催化性能，优选地，在步骤1)中，铁源、溶剂的用量比为0.75mmol：10-40mL。在上述制备方法的步骤1)和步骤2)中，溶剂热反应的反应条件可以在宽的范围内选择，但是为了进一步改善制得的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的过电位、稳定性和催化性能，优选地，在步骤1)和步骤2)中，溶剂热反应均至少满足以下条件：于密闭条件下进行，反应温度为100-200℃，反应时间为2-72h；更优选地，反应温度为120-180℃，反应时间为6-15h；。在上述制备方法的步骤2)中，各物料的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步改善制得的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的过电位、稳定性和催化性能，优选地，相对于1cm×1cm-2.5cm×4cm的泡沫镍，在步骤2)中，镍源的用量为0.015-1.5mmol，氟化铵的用量为0.1-0.8mmol，尿素的用量为0.2-1.8mmol；在上述制备方法的步骤2)中，溶剂的用量可以在宽的范围内选择，但是为了进一步改善制得的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的过电位、稳定性和催化性能，优选地，相对于1cm×1cm-2.5cm×4cm泡沫镍，在步骤2)中，溶剂的用量为10-40mL。在本专利技术中，铁源、镍源和溶剂的具体种类可以在宽的范围内选择，但是从成本上考虑，优选地，铁源选自硝酸铁、硝酸铁水合物、氯化铁、氯化铁水合物、醋酸铁、醋酸铁水合物、碳酸铁、碳酸铁水合物、氯化亚铁、氯化亚铁水合物、醋酸亚铁、醋酸亚铁水合物、碳酸亚铁、碳酸亚铁水合物中的一种或多种；镍源选自硝酸镍、硝酸镍水合物、氯化镍、氯化镍水合物、醋酸镍、醋酸镍水合物中的一种或多种；溶剂为水。在上述制备方法的步骤2)中，泡沫镍可以在宽的范围内选择，但是为了进一步改善制得的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的过电位、稳定性和催化性能，优选地，泡沫镍的单面的规格为1cm×1cm至2.5cm×4cm；更优选地，泡沫镍经过丙酮，盐酸和去离子预处理以去除表面氧化物。在上述实施方式中，为了进一步改善制得的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的过电位、稳定性和催化性能，优选地，在步骤1)和2)的溶剂热反应之后，该制备方法均还包括：将反应体系以自然冷却的方式冷却至15-35℃。本专利技术还提供了一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料，该铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料通过上述的制备方法制备而得。本专利技术进一步提供了一种如上述的铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料在析氢反应和析氧反应中的应用。以下将通过实施例对本专利技术进行详细描述。以下实施例中，泡沫镍的单面的规格为：面密度为380g/m2,每英寸的孔数为110个，厚度为1.5m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得反应产物A；2)在溶剂的存在下，将镍源、氟化铵、尿素、反应产物A进行溶剂热反应以制得所述铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料的制备方法，其特征在于，包括：1)在溶剂的存在下，将铁源、氟化铵、尿素与泡沫镍进行溶剂热反应以制得反应产物A；2)在溶剂的存在下，将镍源、氟化铵、尿素、反应产物A进行溶剂热反应以制得所述铁镍层状双金属氢氧化物/泡沫镍复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)中，所述铁源、氟化铵、尿素与泡沫镍的用量比为0.75mmol：1-8mmol：2-18mmol：1cm×1cm-2.5cm×4cm，所述泡沫镍的厚度为1.5mm；优选地，在步骤1)中，所述铁源、溶剂的用量比为0.75mmol：10-40mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，在步骤1)和步骤2)中，所述溶剂热反应均至少满足以下条件：于密闭条件下进行，反应温度为100-200℃，反应时间为2-72h；优选地，反应温度为120-180℃，反应时间为6-15h；。4.根据权利要求1所述的制备方法，其中，相对于1cm×1cm-2.5cm×4cm的泡沫镍，在步骤2)中，所述镍源的用量为0.015-1.5mmol，所述氟化铵的用量为0.1-0.8mmol，所述尿...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿保友，黄匡富，
申请(专利权)人：安徽师范大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34