一种原位生长NiFe-LDH纳米片组装PBA纳米块的分解水催化剂的制备方法

本发明涉及氢能，尤其涉及一种原位生长nife-ldh纳米片组装pba纳米块的分解水催化剂的制备方法。

背景技术：

1、可再生电力驱动的水分解时获得氢气(h2)的理想途径，氢气被认为是未来化石燃料的一种碳中和和环境友好的替代品，电化学过程中的水分裂有可能实现大规模的商业氢气生产，它包括两个半电池氧化还原反应，即阴极析氢反应(her)和阳极析氧反应(oer)。这两个反应都很慢，需要催化剂来克服产生氢气和氧气的势垒[102-][104]。这种反应体系通常最好是由贵金属催化剂如铂和iro2、ruo2来辅助。然而,这些金属的稀缺性和高成本限制了它们的广泛应用。为此，人们致力于开发非贵金属基催化剂，不幸的的是，大多数报道的材料只在半反应(her或oer)中表现出优异的催化性能，因此，设计低成本，在同一溶液中具有高效稳定双功能her和oer电催化剂来实现整体水分解制氢具有重大意义。

2、非贵金属基材料因其成本低成为研究热点，研究人员专注于设计基于氢氧化物、层状双氢氧化物、氧化物、硫化物、硒化物、磷化物、氮化物和碳化物的非贵金属电催化剂。具有水镁石类层状晶体结构的过渡金属基层状双氢氧化物(ldh)由于其独特的堆叠纳米片结构而具有均匀暴露的表面活性位点，将是替代贵金属基电催化剂的绝佳选择。其中，nife-ldh被认为是具有巨大潜力的oer电催化剂，但它存在nife-ldh存在与基于ldh的催化剂相关的固有问题，例如自聚集导致的稳定性差和低电化学活性表面积。纳米结构在导电基底(例如泡沫镍(nf))上的直接生长对于提高整体电导率至关重要，在导电基底上生长有序连续的ldhs基材料以获得自支撑电催化剂，不仅可以提高导电性，促进质量和电荷传输，还可以加速气泡的分离。然而，nife ldhs在her中的催化性能并不令人满意，所以需要合理设计和优化nife-ldh的结构来提高催化活性。

3、最近，异质结催化剂引起了人们的研究兴趣，它通常表现出比单一组分催化剂更好的电解水催化性能。异质结构可以暴露更多的活性位点，提高质量扩散速率，有利于h2解吸，设计构造一种多级级异质结构的催化剂对提高her性能具有可行性。具有三维(3d)开放框架的普鲁士蓝类似物(pbas)在能源和环境领域得到普遍研究，这可能归因于其可调节的组成、可控的结构、优异的电化学性能和高稳定性，而且它是六面的立方体结构，常用于与金属、金属氧化物和碳材料等结合，促进电子活性位点增加，增加比表面积，提高电化学性能。特别是，钴基普鲁士蓝类似物(cofe pba)由于稳定的铁氰酸盐基团，在较宽的ph范围内是比较稳定的。

4、基于以上技术背景，本技术发明提出了一种制备多级异质结构电催化剂的简便方法，该方法以泡沫镍为载体，通过水热法原位生长nife-ldh和随后的老化法沉积cofe pba制备了多级异质结构cofe pba/nife-ldh/nf电催化剂。这种多级的异质结构可以为反应物的扩散和水裂解时产生的气泡的释放提高更多的催化中心，cofe pba和nife-ldh之间的协同效应可以有效的调节催化剂的电子结构，有利于优化反应过程中中间体和产物的吸附和脱附能，相关技术未见报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种原位生长nife-ldh纳米片组装pba纳米块的分解水催化剂的制备方法。

2、为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种原位生长nife-ldh纳米片组装pba纳米块的分解水催化剂的制备方法，该制备方法包括以nife-ldh和cofe pba为组分，复合制备得到cofe pba/nife-ldh/nf纳米复合材料，具体步骤如下：

3、步骤(1)、nife-ldh/nf的制备：nife-ldh/nf是通过简单的一步水热反应制备的，首先将泡沫镍剪成2×3cm2的小块，依次用丙酮、稀盐酸、去离子水和无水乙醇超声预处理以去除氧化层；随后，将ni(no3)2·6h2o和fe(no3)3·9h2o；尿素和nh4f加入到20ml去离子水中，搅拌形成均匀溶液a；将去处氧化层的泡沫镍浸没于上述溶液a中，在一定温度下进行水热反应，反应10h，反应结束后，用去离子水和无水乙醇冲洗数次后收集产物，在冷冻干燥机里面冷冻干燥，得到为黄色的产品，即nife-ldh/nf；

4、步骤(2)、cofe pba/nife-ldh/nf的制备：将1.2mmol的四水合乙酸钴和2mmol柠檬酸三钠二水合物溶解在40ml的去离子水中，形成溶液a；将0.8mmol铁氰化钾溶解在60ml去离子水中，超声10min，形成溶液b；在磁力搅拌下，将溶液b快速倒入溶液a中，连续搅拌至形成均匀的溶液c，将步骤(1)中制备好的nife-ldh/nf浸入上述溶液c中，然后置于水浴锅中，在60℃下老化3h，反应结束后，用去离子水冲洗数次后收集产物，在冷冻干燥机里面冷冻干燥，即得cofe pba/nife-ldh/nf纳米复合材料。

5、优选的，步骤(1)中ni(no3)2·6h2o和fe(no3)3·9h2o的摩尔浓度比为1:1，尿素和nh4f的摩尔浓度比为5:4。

6、优选的，步骤(1)中水热反应的温度范围为80-180℃。

7、本发明有益效果：

8、本发明所制备的cofe pba/nife-ldh/nf纳米复合材料可以电催化有效全分解水产氢。

9、本发明所制备的cofe pba/nife-ldh/nf纳米复合材料的形貌规整，且制备简单，成本低，适用大面积推广应用。

技术特征：

1.一种原位生长nife-ldh纳米片组装pba纳米块的分解水催化剂的制备方法，其特征在于：该制备方法包括以nife-ldh和cofe pba为组分，复合制备得到cofe pba/nife-ldh/nf纳米复合材料，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种原位生长nife-ldh纳米片组装pba纳米块的分解水催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中ni(no3)2·6h2o和fe(no3)3·9h2o的摩尔浓度比为1:1，尿素和nh4f的摩尔浓度比为5:4。

3.根据权利要求1所述的一种原位生长nife-ldh纳米片组装pba纳米块的分解水催化剂的制备方法，其特征在于：步骤(1)中水热反应的温度范围为80-180℃。

技术总结
本发明公开了一种原位生长NiFe‑LDH纳米片组装PBA纳米块的分解水催化剂的制备方法，该制备方法为：以NiFe‑LDH和CoFe PBA为组分，复合制备得到CoFe PBA/NiFe‑LDH/NF纳米复合材料；本发明所制备的CoFe PBA/NiFe‑LDH/NF纳米复合材料可以高效电催化全水解产氢；且本发明所制备的CoFe PBA/NiFe‑LDH/NF纳米复合材料的形貌规整，且制备简单，成本低，适用大面积推广应用。

技术研发人员：蒋华麟,余蕴洁,陈萍华,段雪晴,王帅,叶龙
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15