一种镍铁水滑石电催化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种镍铁水滑石电催化材料及其制备方法和应用，该催化剂材料基体为泡沫镍，泡沫镍基体的表面上附着有若干交错的波纹状片层结构，波纹状片层结构之间形成有若干间隙。该镍铁水滑石电催化材料的制备方法，包括以下步骤：将FeCl3.6H2O熔融，形成FeCl3.6H2O熔液，将洁净的泡沫镍置于FeCl3.6H2O熔液中静置，取出后用水清洗，干燥，制得。该镍铁水滑石电催化材料可有效解决现有的电催化剂存在的通过粘结剂固定粉状催化剂时存在结构不稳定，容易脱落，导致性能下降的问题。导致性能下降的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种镍铁水滑石电催化材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于能源材料
，具体涉及一种镍铁水滑石电催化材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢(H2)被认为是一种有前景的能源载体和传统化石燃料的替代品，因为它可以存储间歇性的可再生能源(太阳能和风能)，高重能量密度，燃烧过程中零污染释放。在电的作用下，水在阴极上分解为高纯度H2(析氢反应，HER)，在阳极上分解为氧气(O2，析氧反应，OER)，是一种可持续的、环境友好的制氢技术然而，作为一种上坡反应，由于极化产生的过电位，水分裂通常需要比可逆电位(1.23V)大得多的电压这主要是由于OER过程复杂，包括多步质子/电子转移，比HER过程缓慢因此，为了大大提高电化学拆分水的整体效率，需要使用性能强大的OER电催化剂来降低过电位。
[0003]到目前为止，最先进的OER电催化剂是IrO2和RuO2催化剂，但它们的价值和稀缺性导致了电解系统的高成本和局限性。近年来，非贵金属电催化剂因其廉价、丰富和出人意料的OER活性，被认为是一种很有前途的贵金属催化剂替代品。然而，当电流密度超过一定量时，大多数非贵金属电催化剂的OER电催化活性不稳定。为达到工业生产的要求，迫切需要探索具有更高的化学和机械稳定性，能够在超过200mAcm
‑2的大电流密度下长期运行的电催化剂。
[0004]在过去的几年里，高效非贵金属OER电催化剂的开发取得了很大的进展，如过渡金属磷化物、硫化物、氮化物、氧化物、(氧)氢氧化物和无金属碳材料等。其中，NiFe氢氧化物材料被认为是最具活性的非贵金属OER电催化剂。根据研究发现，镍基化合物对生成的中间体具有适当的化学吸附自由能，仅次于贵金属材料，因此镍基电催化剂可能表现出较小的OER理论过电位。在电解过程中，OER活性相是在高电位下形成的含有高镍价的NiOOH。研究发现，伴随Fe
3+
的电子效应可以进一步促进较高Ni价的形成，从而有效地加速水的氧化行为。传统的电极在应用过程中，需要在电催化过程之前使用粘结剂将粉状催化剂涂覆在电流捕集器上。然而，粘合剂的使用不可避免地埋没了一些活性中心，增加了电极电阻，抑制了质量/电荷传输此外，集流剂与催化剂之间的粘结力较弱，活性成分容易从电极上剥离，导致性能大幅度下降。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种镍铁水滑石电催化材料及其制备方法和应用，该电催化材料是直接在基体上生长的，与基体具有较高的结合强度，可有效解决现有的电催化剂存在的通过粘结剂固定粉状催化剂时存在结构不稳定，容易脱落，导致性能下降的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0007]一种镍铁水滑石电催化材料，该催化剂材料基体为泡沫镍，泡沫镍基体的表面上
附着有若干交错的波纹状片层结构，波纹状片层结构之间形成有若干间隙。
[0008]进一步地，波纹状片层结构垂直于泡沫镍基体。
[0009]进一步地，波纹状片层结构长50
‑
200nm，高1
‑
8nm。
[0010]进一步地，间隙的宽度为50
‑
200nm。
[0011]进一步地，波纹状片层结构表面存在若干介孔结构。
[0012]进一步地，介孔结构直径为5
‑
10nm。
[0013]上述的镍铁水滑石电催化材料的制备方法，包括以下步骤：将FeCl3.6H2O熔融，形成FeCl3.6H2O熔液，将洁净的泡沫镍置于FeCl3.6H2O熔液中静置，取出后用水清洗，干燥，制得。
[0014]进一步地，将FeCl3.6H2O置于100
‑
120℃环境下制成FeCl3.6H2O熔液。
[0015]进一步地，泡沫镍在FeCl3.6H2O熔液中静置时间为3
‑
120s。
[0016]上述的镍铁水滑石电催化材料作为电解氢工作电极的应用。
[0017]本专利技术所产生的有益效果为：
[0018]1、本专利技术中采用泡沫镍作为基体材料，在其表面通过腐蚀的方法加载NiFe氧氢氧化物，制备成自支撑电极材料，避免了使用粘结剂粘结催化材料，避免将催化活性位点埋没、增加电极电阻以及抑制质量/电荷传输等情况发生。
[0019]2、本专利技术提供的镍铁水滑石电催化材料化学式为NiFeOOH/NF
‑
X，其中X为泡沫镍在熔液中的浸泡时间，该材料具有分层多孔性，大量的电活性位点，优异的导电性，机械完整性和强大的附着力，提供了突出的OER性能和长期稳定性，实验证明，当X为1min时，NiFeOOH/NF
‑
1min在10mAcm
‑2和50mAcm
‑2的电流密度下，其过电位分别为216mV和250mV，优于商用NF(559mV和678mV)和RuO2(325mV和430mV)。在电流密度为100mAcm
‑2下所需的电位仅为278mV，同等电流密度下工业RuO2所需电位是NiFeOOH/NF
‑
1min的1.77倍。
[0020]NiFeOOH/NF
‑
X经过电流
‑
时间测试(i
‑
t测试)在0.1Acm
‑2电流密度下至少稳定运行1000小时后性能没有明显衰减，这些都表明OER反应性得到了极大的提高。具体原因为:
[0021]i)NiFeOOH/NF
‑
X对OER具有快速的电子流动性和显著的结构耐久性，泡沫镍直接与溶液相互作用，并被雕刻成NiFe羟基氧化纳米片，它实现了牢固的接触固定。
[0022]ii)NiFeOOH/NF
‑
X具有显著的本征电催化活性，氧化还原反应中的强Ni
‑
Fe协同作用可以调整金属共价性和Ni的配位环境，动摇OER中间体在催化剂表面的吸附/活化机制，从而促进OER反应。
[0023]iii)NiFeOOH/NF
‑
X由于超亲水性和憎氧性的特点，因此，特制的电极允许剧烈的电生成气体瞬间离开，从而保证快速动力学。这些优点协同作用，使NiFeOOH/NF
‑
X具有优异的OER电化学性能。
[0024]3、本专利技术的制备方法采用的原料丰富、价格低廉，该制备方法具有操作简单，操作工序少，制备周期短，能耗小的优点。
附图说明
[0025]图1为实施例1
‑
3以及商用NF、商用RuO2材料的LSV极化曲线；
[0026]图2为实施例1
‑
3以及商用NF、商用RuO2材料的过电位统计图；
[0027]图3为实施例2中材料的电流
‑
时间测试图；
[0028]图4为实施例2中材料的SEM图；
[0029]图5为实施例2中材料的SEM图；
[0030]图6为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种镍铁水滑石电催化材料，其特征在于，该催化剂材料基体为泡沫镍，所述泡沫镍基体的表面上附着有若干交错的波纹状片层结构，所述波纹状片层结构之间形成有若干间隙。2.如权利要求1所述的镍铁水滑石电催化材料，其特征在于，所述波纹状片层结构垂直于所述泡沫镍基体。3.如权利要求1所述的镍铁水滑石电催化材料，其特征在于，所述波纹状片层结构长50
‑
200nm，高1
‑
8nm。4.如权利要求1所述的镍铁水滑石电催化材料，其特征在于，所述间隙的宽度为50
‑
200nm。5.如权利要求1所述的镍铁水滑石电催化材料，其特征在于，所述波纹状片层结构表面存在若干介孔结构。6.如权利要求1所述的镍铁水滑石电催化材料，其特征在于，所述介孔结构直径为5
‑
10...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓杰，任筱彧，邬松，李露明，陈思，
申请(专利权)人：成都大学，
类型：发明
国别省市：