【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，是一种用于增强析氧反应性能的催化材料，同时还提供了其制备方法，属于化工材料。
技术介绍
1、传统能源的日益减少和化石燃料燃烧对环境的严重污染，开发绿色能源已成为一项紧迫的任务水的电化学分解被认为是一种生产清洁能源(h2)的有效方法，析氧反应(oer)是降低整体水裂解过电位的主要瓶颈，需要开发高性能催化剂来加速oer过程。贵金属电催化剂由于本身优异的特性被认为是最有效的催化剂，常被用于促进析氧反应，然而，这些催化剂成本高，资源稀缺，极大地限制了它们的应用。近年来，层状双金属氢氧化物(ldh)作为一种非贵金属催化剂，拥有典型的层状结构，由带正电的主层和层间负离子组成，具有较大的层间空间和优异的化学稳定性，以及其金属-氧共价可调性被广泛研究。ni3fe ldh通常被认为是ldh中催化活性最高的，并且镍与铁之间的协同作用效果发挥得更出色，因此被应用于电催化领域，然而，ni3fe ldh固有的低电导率极大地限制了其oer催化性能。以前研究，学者们通常引入过渡金属(mn)、非金属元素(p)以及未含有4f轨道的稀土元素(la)来提升其催化活性(cn115478296a；cn110314691a；yu，modification ofnifelayered double hydroxide by lanthanum doping forboosting water splitting，2021)，虽然所专利技术材料都在不同程度上提高了样品的oer催化能力，但是却未能形成电子缓冲带，活性位
2、相比于过渡金属元素，稀土元素铥4f电子轨道具有特殊的电子结构和性质，其电子密度在空间上分布广泛且较为松散。根据梯度轨道耦合理论，当铥元素引入到金属-氧体系中时，其4f轨道可以充当电子的缓冲带。在铥元素掺杂的情况下，铥的4f轨道可以吸收来自氧原子的电子，减轻了氧原子对金属离子的电子亲和力，从而降低了金属-氧键的过度氧化的倾向，这种电子缓冲带的引入可以防止金属-氧键的过度氧化，这对于控制和调控金属-氧体系的化学性质具有重要意义，尤其在催化和电化学等领域中具有潜在的应用价值。同时，在ni3fe ldh体系中引入稀土元素铥，铥的离子半径(r＝87pm)大于铁离子半径(r＝64pm)，当引入铥离子取代铁离子时，由于晶格畸变产生更多的氧空位，从而调节阳离子的电子结构，形成有利于质子化步骤的富电子结构，使得材料具有更多的活性位点。此外，铥的掺杂也促进了ni3+的生成，形成niooh中间体，可作为oer的活性中心，并且tm铥的多价性质容易与不同的金属发生强相互作用，产生更有利的局部配位，可以调节反应中间体的吸附，减小带隙，提高内在催化活性。此外将样品分散在泡沫镍基底支撑材料上，很大程度上缓解了样品的聚集现象，使得样品形成良好的界面接触，提供导电通路，进而提高样品的电导性能，为镍铁双金属氢氧化物的析氧反应提供了催化活性高、稳定性好、造价低廉以及生产工艺简单的析氧反应催化剂材料。
技术实现思路
1、拟解决的技术问题
2、1.本专利技术提供了一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，在于进一步利用4f轨道构建电子缓冲带防止m-o键过度氧化。
3、2.本专利技术提供了一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，在于进一步利用导电基底nf解决粉末样品的聚集问题。
4、3.本专利技术提供了一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，在于进一步减小样品的光学带隙以提高载流子浓度。
5、4.本专利技术提供了一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，在于进一步提高样品的比表面积提高更多有利的活性位点。
6、5.本专利技术提供了一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，在于进一步提高在碱性溶液中ni3fe ldh的析氧反应性能。
7、技术方案：
8、为了实现以上技术要求，本专利技术提供了一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，利用低温一步还原法快速高效地合成出催化剂，具有催化活性高、稳定性好、生产工艺简单且造价低廉等优势。该材料是通过以下技术方案实现的：一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，是由以下原料组成：镍盐、铁盐和铥盐、十六烷基三甲基溴化铵以及硼氢化钠。
9、1.优选的，铥元素与镍铁元素之和的摩尔比范围为0.01-0.1：1。
10、2.优选的，所述的铥盐的摩尔浓度为1.3-13.3mmol/l，十六烷基三甲基溴化铵的摩尔浓度为0.1-0.2mol/l，硼氢化钠的摩尔浓度为0.2-0.3mol/l。
11、3.优选的，所述的镍盐为氯化镍或硝酸镍中的一种，铁盐为氯化铁或硝酸铁中的一种，铥盐为氯化铥或硝酸铥中的一种。
12、4.优选的，离心速率为8000-10000r/min，离心时间为5-10min，真空干燥8-12h。
13、制备方法：
14、根据一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂的制备方案，其具体实施步骤为:(1)将镍盐、铁盐和铥盐混合后溶解于去离子水中，磁力搅拌均匀后制成溶液a，且一直保持搅拌状态，搅拌速率为1000r/min；
15、(2)将十六烷基三甲基溴化铵(ctab)溶于去离子水中，磁力搅拌均匀后制成溶液b，在搅拌状态下将溶液b滴入溶液a；
16、(3)将硼氢化钠(nabh4)溶于去离子水中，搅拌均匀后制成溶液c，在搅拌状态下将溶液c滴入步骤(2)获得的混合溶液中；
17、(4)步骤(3)获得的混合溶液搅拌2-6h后，经去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，离心速率为5000-10000r/min，离心时间为5-10min，真空干燥8-12h后，即获得所述稀土元素铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物。
18、本专利技术的积极效果：
19、与现有技术相比，本专利技术提供了一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，积极效果在于：
20、1.根据梯度轨道耦合理论，引入具有4f轨道的稀土元素铥构建电子缓冲带抑制tm-o共价的牺牲和m-o键过度氧化。
21、2.以泡沫镍(nf)为基底可以提供一个良好的电子传输通道，减少电荷之间的相互作用，提供一个稳定的电场环境，改善粉末样品的聚集问题。
22、3.添加稀土元素铥可以引入额外的4f能级，使得样品的光学带隙减小，从而增加载流子浓度。
23、4.提高样品的比表面积可以增加材料与周围环境的接触面积，从而提高更多有利的活性位点。
24、5.通过在层状双金属氢氧化物中引入活性位点等进行修饰，可以提高析氧反应的反应速率和效率，提高ni3fe ldh的析氧反应性能。
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1.一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，其特征在于：利用低温一步还原法将具有4f轨道独特结构的铥元素掺入镍铁双金属氢氧化物体系内，形成电子缓冲带。
2.根据权利要求1所述的一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，其特征在于：所述稀土元素铥与镍铁元素之和的摩尔比为0.01-0.1：1。
3.根据权利要求1所述的一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，其特征在于：镍盐、铁盐、铥盐的摩尔浓度分别为100mmol/L、33mmol/L、1.3-13.3mmol/L，十六烷基三甲基溴化铵的摩尔浓度为0.1-0.2mol/L，硼氢化钠的摩尔浓度为0.2-0.3mol/L。
4.根据权利要求3所述的一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，其特征在于：所述镍盐为氯化镍或硝酸镍中的一种，所述铁盐为氯化铁或硝酸铁中的一种，铥盐为氯化铥或硝酸铥中的一种。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，其特征在于：利用低温一步还原法将具有4f轨道独特结构的铥元素掺入镍铁双金属氢氧化物体系内，形成电子缓冲带。
2.根据权利要求1所述的一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，其特征在于：所述稀土元素铥与镍铁元素之和的摩尔比为0.01-0.1：1。
3.根据权利要求1所述的一种铥掺杂的镍铁双金属氢氧化物析氧反应催化剂，其特征在于：镍盐、铁盐、铥盐的摩尔浓度分别为100mmol/l、33mm...
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