[发明专利]合成氧化亚钴与钴铁层状双金属氢氧化物复合物的方法

说明书

本发明属于利用物理方式自上而下合成纳米材料的方法，公开了一种合成氧化亚钴与钴铁层状双金属氢氧化物复合物的方法，该方法以块状钴铁合金靶为原料，先打磨清洗以去掉表面氧化层；将块状钴铁合金靶置于容器中，加入氯化钠溶液至合金靶上方高度3‑4cm；采用1064纳米波长的纳秒脉冲激光液相烧蚀合金靶20‑30分钟；最后将容器中的棕褐色溶液取出，离心后冷冻干燥得粉末复合物产物。本发明利用纳秒激光液相烧蚀技术烧蚀氯化钠溶液中的钴铁合金靶，得到氧化亚钴与钴铁层状双金属氢氧化物的复合物，利用二者的协同作用有效的克服了材料导电性差的缺点，同时还极大的提高电解水产氧的催化活性；工艺简单，设计巧妙、安全可控、成本低廉。

技术领域

本发明属于利用物理方式自上而下合成纳米材料的方法，具体是一种涉及层状双金属氢氧化物的合成方法。

背景技术

当前，化石燃料所带来的能源危机和环境问题日益严重，人们越来越多的关注可再生能源的开发利用。水裂解制氧因其高效,低排放的特点被认为是未来最具潜力的新能源之一,但目前常用的贵金属铂、铱、钌系催化剂由于资源匮乏被限制了进一步应用，开发高活性的非贵金属催化剂具有重要的现实意义。此类催化电极上的核心反应为阳极氧析出(OER)电极反应。层状双金属氢氧化物作为一种无机类层状功能性材料被发现是一种高效、低成本，并且可代替贵金属用于燃料电池中的氧析出反应的催化剂。

如何进一步提高LDHs的催化活性已成为研究热点，Hu Xile教授课题组利用溶剂热法制备了薄片层状钴锰双金属氢氧化物(CoMn-LDH)，并具有中上游的氧析出反应催化性能，研究发现反应过程中结晶的双金属氢氧化物逐渐转变成一种无晶格条纹的无定性状态，并且Co²⁺逐渐转变成Co³⁺，认为这种转变便是OER活性性能提高的原因。参见：FangSong,Xile Hu.J.Am.Chem.Soc.136,16481–16484(2014)。作为一种堆叠的层状材料，人们很容易想到将层状双金属氢氧化物做剥层处理，并且在物理化学的特性上变现出块体材料差异性的改变，在氧析出反应(OER)中也有应用。Hu Xile教授课题组对镍钴、钴钴、镍铁双金属氢氧化物做剥层处理得到极薄的片层状双金属氢氧化物，并对其氧析出反应催化性能进行测试，推测出剥层的双金属氢氧化物较普通的双金属氢氧化物在OER性能方面有较大提升的原因是做剥层处理后材料极大地增加了活性位点的数量。参见：Fang Song,XileHu.Nat.Commun.5,4477–4485(2014).

目前CoFe LDHs因其较高的性能与低廉的成本成为水氧化极具前景的催化剂，进一步提升材料的催化活性与稳定性已成为研究热点。Jieshan Qiu教授课题组利用水热法制备了负载在石墨烯上的钴铁层状双金属氢氧化物具有优异的氧析出反应(OER)性能，研究发现Fe³⁺的存在有利于使氢氧化物形成层状结构，并且与Co元素的协同作用及大的层间距极大地缩短了质子传输距离，从而提高了催化性能。参见：Xiaotong Han,JieshanQiu.Adv.Mater.Interfaces 1500782–1500789(2016)。但负载在石墨烯条件下虽然解决了LDHs导电性差的问题，但是也同时引入了金属离子相应减少的缺陷，同时又大大增加催化剂成本。参见Xiao Long,Shihe Yang.et al.Angew.Chem.Int.Ed.2014,126,7714–7718.

发明内容

本发明所要解决的是现有与碳材料复合的层状双金属氢氧化物重复利用性差、催化剂成本高的技术问题，提供了一种合成氧化亚钴与钴铁层状双金属氢氧化物复合物的方法，利用纳秒激光液相烧蚀技术烧蚀氯化钠溶液中的钴铁合金靶，得到氧化亚钴与钴铁层状双金属氢氧化物的复合物，利用二者的协同作用有效的克服了材料导电性差的缺点，同时还极大的提高催化活性；工艺简单，设计巧妙、安全可控、成本低廉。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：

一种合成氧化亚钴与钴铁层状双金属氢氧化物复合物的方法，该方法按照以下步骤进行：