镍铁铪三金属水滑石材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术提供了镍铁铪三金属水滑石材料、制备方法及应用，属于纳米材料应用领域。本发明专利技术的制备方法简单高效，组分比例可调控，成本低廉，很大程度提升析氧反应速率并且具有优异的稳定性。本发明专利技术通过简单的一步水热法合成镍铁铪三金属水滑石材料。制得的材料相比于贵金属而言很大程度改善稀缺和成本高的缺点。本发明专利技术获得的电极可直接应用于碱性及条件下的电催化析氧反应，具有高活性和稳定性。具有高活性和稳定性。具有高活性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
镍铁铪三金属水滑石材料、制备方法及其应用


[0001]本专利技术属于纳米材料应用领域，尤其是镍铁铪三金属水滑石材料、制备方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着全球环境污染，能源危机的加剧以及温室气体含量不断地上升，在未来几十年中，人们迫切需要探索清洁和可持续的环境友好型能源，以逐步减少化石燃料的使用。因此，清洁能源逐渐地进入了人们的视野。清洁能源包括很多种，例如风能、太阳能、潮汐能和氢能。其中风能、太阳能和潮汐能等可再生能源具有间歇性，不能有效地将其利用，造成大量的能源浪费。而氢能因其来源广泛，利用形式多和燃烧热值高等优点而备受关注。因此，氢能被视为最清洁、最有前景的能源利用模式之一。目前获得氢能主要有三种合成途径：蒸汽甲烷重整、煤气化和电解水制氢。在蒸汽甲烷重整和煤气化过程中，消耗了大量的化石燃料，并造成环境污染和温室气体的排放。而电解水制氢，使用水作为唯一原料，实现了零排放的封闭氢循环，被认为是最绿色和可持续的制氢方法。然而，高昂的成本限制了电解水制氢的发展，它仅占整个制氢量的一小部分。因此，从电解水制氢，逐渐取代化石燃料制氢，是一个巨大的挑战。
[0003]电解水分为两个半反应，分别是阴极的析氢反应和阳极的析氧反应，而阳极发生的析氧反应是四电子参与的反应，因此具有缓慢的动力学反应，限制了电解水产氢过程。因此，需要寻找一种高效易得的析氧催化剂，进而加快析氧反应速率和降低所需过电势来帮助电解水制氢。目前已经商用的析氧反应催化剂多为贵金属催化剂，但是由于贵金属存在价格高昂和稀缺的缺点，因此需要寻找一种低成本且高效的催化剂来代替贵金属催化剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供镍铁铪三金属水滑石材料、制备方法及其应用。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]镍铁铪三金属水滑石材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]利用简单的一步水热法制备镍铁铪三金属水滑石材料；
[0008]水热反应条件为：120～160℃反应6～10h。
[0009]进一步的，步骤具体为：
[0010]配制Ni(NO3)2·
6H2O、FeCl2·
4H2O、HfCl4和尿素的水溶液，为前驱体溶液，在120～160℃下水热反应6～10h得到镍铁铪三金属水滑石材料。
[0011]进一步的，水溶液中Ni(NO3)2·
6H2O的浓度为15～60mM。
[0012]进一步的，FeCl2·
4H2O的浓度为5～20mM。
[0013]进一步的，HfCl4的浓度为2.5～10mM。
[0014]进一步的，尿素的浓度为112.5～450mM。
[0015]本专利技术的制备方法得到的镍铁铪三金属水滑石材料。
[0016]本专利技术的镍铁铪三金属水滑石材料的应用，其特征在于，在碱性水溶液中进行电催化析氧反应。
[0017]进一步的，将镍铁铪三金属水滑石材料负载在泡沫镍上作为工作电极；
[0018]以对电极为铂电极、参比电极为氧化汞电极，在碱性电解液进行电催化析氧反应。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0020]本专利技术的镍铁铪三金属水滑石材料的制备方法，组分比例可调控，成本低廉，镍作为低价金属，铁和掺入的铪作为高价金属，尿素作为沉淀剂形成的镍铁铪三金属水滑石材料很大程度提升析氧反应速率并且具有优异的稳定性。本专利技术通过简单的一步水热法合成镍铁铪三金属水滑石材料，相比于贵金属而言降低了成本。
[0021]本专利技术的镍铁铪三金属水滑石材料，材料原位生长，结合紧密，不易脱落，铪元素的掺入促进了金属阳离子之间的电子协同作用并加快电子转移速率，提高了析氧反应的本征活性，相比于贵金属催化剂大程度降低成本同时加快析氧反应速率。经材料表征显示催化剂有良好的稳定性。
[0022]本专利技术的镍铁铪三金属水滑石材料的应用，能够实现碱性条件下的电催化析氧反应，具有高活性和稳定性。
附图说明
[0023]图1为实施例1的镍铁铪三金属水滑石材料的X射线衍射谱图；
[0024]图2为实施例1的镍铁铪三金属水滑石材料的X射线光电子能谱图；
[0025]图3为实施例1制得的镍铁铪三金属水滑石材料的扫描电子显微镜图；
[0026]图4为实施例1的镍铁铪三金属水滑石材料的析氧反应性能测试图。
具体实施方式
[0027]为了使本
的人员更好地理解本专利技术方案，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本专利技术保护的范围。
[0028]需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本专利技术的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0029]目前，在各类新型催化剂中，水滑石由于具有层间距可控，比表面积大和离子交换等特性而备受关注，但其导电性能也有一定不足。过渡金属作为目前工业广泛应用的电催化剂，本专利技术所制备的镍铁铪三金属水滑石材料首先相比于贵金属大程度降低成本，其次
相比于单纯双金属水滑石材料，导电性得到很大程度提高，具有优异的稳定性。
[0030]下面结合附图对本专利技术做进一步详细描述：
[0031]实施例1：
[0032]镍铁铪三金属水滑石的制备
[0033]配制含15mM Ni(NO3)2·
6H2O、5mM FeCl2·
4H2O、2.5mM HfCl4和112.5mM尿素的40mL水溶液，作为前驱体溶液，在120℃下水热反应6小时，将反应产物进行洗涤过滤，得到镍铁铪三金属水滑石材料。
[0034]参见图1，图1是实施例1制得的镍铁铪三金属水滑石材料的XRD图，从图中可以看出，很好地匹配上NiFe LDH的衍射峰，证明铪元素成功的掺入NiFe LDH，镍铁铪三金属水滑石材料制备成功。
[0035]参见图2，图2是实施例1制得的镍铁铪三金属水滑石材料的XPS图，从图中可以看出，Ni、Fe和Hf的存在，镍铁铪三金属水滑石材料制备成功。
[0036]参见图3，图3是实施例1制得的镍铁铪三金属水滑石材料的扫描电子显微镜图，可以看出材料呈纳米片状。
[0037]参见图4，图4是实施例1制得的镍铁铪三金本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.镍铁铪三金属水滑石材料的制备方法，其特征在于，配制Ni(NO3)2·
6H2O、FeCl2·
4H2O、HfCl4和尿素的水溶液，作为前驱体溶液，在100～160℃下水热反应6～12h得到镍铁铪三金属水滑石材料。2.根据权利要求1所述的镍铁铪三金属水滑石材料的制备方法，其特征在于，前驱体溶液中Ni(NO3)2·
6H2O的浓度为15～60mM。3.根据权利要求1所述的镍铁铪三金属水滑石材料的制备方法，其特征在于，前驱体溶液FeCl2·
4H2O的浓度为5～20mM。4.根据权利要求1所述的镍铁铪三金属水滑石材料的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨阳，冯婉欣，杨骞楠，贾妍，郭鹏飞，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：