【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种oer电催化剂及其制备方法和应用，属于电催化剂领域。
技术介绍
1、电化学水电解制氢作为一种低碳绿色的可持续策略，可以减轻不堪重负的化石燃料开采和全球大气污染等问题。电化学水分解的两极的反应分别为阳极的析氧反应(oer)和阴极的析氢反应(her)组成。原则上，oer的动力学涉及多个质子耦合电子转移步骤，动力学更缓慢，这在很大程度上限制了整体水分解的效率。电化学水分解系统常需要以纯水作为原料。大规模工业化所需的淡水资源与地球上的纯水储量是不相容的，这使得海水电解更具吸引力。然而，由于海水成分的复杂性，使用海水对催化剂提出了许多具有挑战性的要求。海水中存在大量的氯离子（cl-），cl-在电解海水的过程中参与的氧化反应是氯析氯反应（cier）。oer和 cier在阳极的竞争阻碍了其在海水电解中的大规模发展。此外， cier反应生成的次氯酸盐和cl-腐蚀效应还会损害海水电解的长期运行，从而抑制海水电解的连续制氢。研究表明，在ph =14下，cier的理论电势比oer高约490mv，这说明进行碱性海水电解可以抑制cier。对于实际的海水电解来说，开发能够在高电流密度下高效且持久地析氧，并且能避免在碱性海水中析氯的阳极电催化剂仍是当前需要攻克的难题。
2、过渡金属氢氧化物，尤其是nife基氢氧化物，是迄今为止报道的所有上述候选物中最有效的oer催化剂，并且还被证实是从许多类型的析氧材料的表面重构中产生的真正的催化活性物种。然而，由于在含cl-介质中的长期稳定性不足，氢氧化物在海水中的oer性能仍不令人满意。尽管
3、迄今为止，探索具有丰富活性中心和耐盐电解质腐蚀的高性能催化剂还在研究初期，潜力巨大。为促进nife氢氧化物催化剂的oer活性，研究工作者们通过界面工程将ni/fe氢氧化物与其他过渡金属化合物偶联，如niooh/ni5p4、ni2p/feooh、nife(oh)x/fes、nifeooh@feni和 ni3s2@nifeooh等，组装而成的界面，从而达到优化氧中间体的吸附，提升oer活性的目的。
4、然而，现有技术中尚未有以mn-对苯二甲酸配位聚合物（mn tpa）为模板和mn源，在其表面生长nife氢氧化物，制得一种新的oer电催化剂。
技术实现思路
1、本专利技术以mn tpa为模板和mn源，在其表面生长nife氢氧化物，mn离子在合成过程中发生浸出并掺杂到表层的氢氧化物中，形成了具有nifemn氢氧化物-mn tpa异质结构的电催化剂（即异质结电催化剂nifemn）。表层的nifemn氢氧化物和mn tpa基底发生协同作用使得nifemn在海水电解质中表现出优异的oer活性和选择性。所得电催化剂在1m koh和碱性海水的电解质中nifemn仅需213mv和251 mv的过电位便可达到100 ma cm-2的电流密度。除此之外，mn元素对ni/fe活性位有一定的电子调控作用，这在一定程度上促进了oer的选择性和活性，使oer法拉第效率高达~91.89%。而且nifemn在电解海水的过程中具有高稳定性，在工作88小时后电位几乎不衰减。可见，本专利技术不仅在电解海水析氢的应用上具有巨大的实用价值，而且将为研究耐腐蚀高活性电解海水催化剂提供了有效的新策略。
2、本专利技术的技术方案：
3、本专利技术要解决的第一个技术问题是提供一种oer电催化剂的制备方法，所述制备方法为：以铁盐、镍盐和mn-对苯二甲酸配位聚合物（mn tpa）为原料，通过界面原子置换法制得具有异质结构的nifemn氢氧化物，即所述oer电催化剂。
4、进一步，各原料的质量比为：铁盐：镍盐：mn-对苯二甲酸配位聚合物=5~20:5~20:1~5。
5、进一步，所述铁盐选自：feso4·7h2o或fecl2·4h2o。
6、进一步，所述镍盐选自：ni（no3）2·6h2o、niso4·6h2o或nicl2·6h2o。
7、进一步，所述mn tpa采用下述方法制得：将锰盐和对苯二甲酸（tpa）溶解在溶剂中获得混合溶液，再将所得混合溶液于防腐反应设备中在100～150℃下反应20～30h；反应完后，自然冷却到环境温度；收集沉淀，并且用醇类物质和去离子水清洗至少3次；最后真空干燥得到mn tpa（mn-对苯二甲酸配位聚合物）。
8、进一步，所述锰盐选自：mncl2·4h2o、mnso4·xh2o或mn(no3)2·xh2o。
9、进一步，上述mn tpa的制备方法中，所述溶剂选自：去离子水、实验室ⅱ级纯水或超纯水；所述醇类物质为乙醇。
10、进一步，所述oer电催化剂的制备方法为：将mn-对苯二甲酸配位聚合物和醇类物质（乙醇）混合，超声处理形成分散均匀的悬浮液a；将铁盐和镍盐溶解于超纯水中，后加入尿素溶解得到溶液b；
11、在常温下，将悬浮液a和溶液b快速混合后密封，置于20～30℃中反应5～25小时；反应结束后，分别用水和醇类物质（乙醇）洗涤3~5次，然后干燥制得异质结构的nifemn氢氧化物，即所述oer电催化剂。
12、进一步，上述oer电催化剂的制备方法中，铁盐、镍盐和尿素的质量比为： 5~20：5~20：10~40。
13、本专利技术要解决的第二个技术问题是提供一种oer电催化剂，其采用上述制备方法制得。
14、进一步，所得电催化剂在1m koh和碱性海水的电解质中仅需213mv和251 mv的过电位便可达到100 ma cm-2的电流密度。
15、本专利技术要解决的第三个技术问题是指出上述oer电催化剂在电解水或电解海水中的用途。
16、本专利技术的有益效果：
17、本专利技术利用界面原子置换的策略来合成一种电催化析氧的异质结构的nifemn氢氧化物催化剂，以mn tpa为模板和mn源，在其表面生长nife氢氧化物，从而实现nifemn中的可控mn置换，并且构建了异质结结构得到了一种oer电催化剂。结果发现，mn置换掺入后，调控了ni和fe电子结构，使ni、fe表现出丰富的高价态。电化学测试表明，在碱性海水介质中负载在碳布上的nifemn在251mv的过电位下就能达到100ma cm-2的电流密度，并且在50和100ma cm-2下能够稳定工作（>80h）。而且其oer法拉第效率高达~91.89%，具有高选择性；可见，特定mn源的加入可以提升nife氢氧化物在碱性海水中的高活性和高选择性。因此，原子界面取代的nifemn催化剂具有巨大的实用价值，这为实现高活性和耐腐蚀性电解碱性海水催化剂提供了有效策略。
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1.一种OER电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：以铁盐、镍盐和Mn-对苯二甲酸配位聚合物为原料，通过界面原子置换法制得NiFeMn氢氧化物，即所述OER电催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种OER电催化剂的制备方法，其特征在于，各原料的质量比为：铁盐：镍盐：Mn-对苯二甲酸配位聚合物=5~20：5~20：1~5。
3.根据权利要求1或2所述的一种OER电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐选自：FeSO4·7H2O或FeCl2·4H2O；
4.根据权利要求1或2所述的一种OER电催化剂的制备方法，其特征在于，所述Mn-对苯二甲酸配位聚合物采用下述方法制得：将锰盐和对苯二甲酸溶解在溶剂中获得混合溶液，再将所得混合溶液于防腐反应设备中在100～150℃下反应20～30h；反应完后，自然冷却到环境温度；收集沉淀，并且用醇类物质和去离子水清洗至少3次；最后真空干燥得到所述Mn-对苯二甲酸配位聚合物。
5.根据权利要求4所述的一种OER电催化剂的制备方法，其特征在于，所述锰盐选自：MnCl2·4H2O、MnSO4·xH2O或
6.根据权利要求1或2所述的一种OER电催化剂的制备方法，其特征在于，所述OER电催化剂的制备方法为：将Mn-对苯二甲酸配位聚合物和醇类物质混合，超声处理形成分散均匀的悬浮液A；将铁盐和镍盐溶解于超纯水中，后加入尿素溶解得到溶液B；
7.根据权利要求6所述的一种OER电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐、镍盐和尿素的质量比为：5~20：5~20：10~40。
8.一种OER电催化剂，其特征在于，所述电催化剂采用权利要求1～7任一项所述的制备方法制得。
9.根据权利要求8所述的一种OER电催化剂，其特征在于，所述电催化剂在1M KOH和碱性海水的电解质中需213mV和251 mV的过电位达到100 mA cm-2的电流密度。
10.权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的OER电催化剂在电解水或电解海水中的用途。
...【技术特征摘要】
1.一种oer电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：以铁盐、镍盐和mn-对苯二甲酸配位聚合物为原料，通过界面原子置换法制得nifemn氢氧化物，即所述oer电催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种oer电催化剂的制备方法，其特征在于，各原料的质量比为：铁盐：镍盐：mn-对苯二甲酸配位聚合物=5~20：5~20：1~5。
3.根据权利要求1或2所述的一种oer电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐选自：feso4·7h2o或fecl2·4h2o；
4.根据权利要求1或2所述的一种oer电催化剂的制备方法，其特征在于，所述mn-对苯二甲酸配位聚合物采用下述方法制得：将锰盐和对苯二甲酸溶解在溶剂中获得混合溶液，再将所得混合溶液于防腐反应设备中在100～150℃下反应20～30h；反应完后，自然冷却到环境温度；收集沉淀，并且用醇类物质和去离子水清洗至少3次；最后真空干燥得到所述mn-对苯二甲酸配位聚合物。
5.根据权利要求4所述的一种oer...
【专利技术属性】
技术研发人员：李爽，吴慧娟，程冲，孔玉璇，汪茂，汪映寒，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：
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