[发明专利]浸渍型单原子铁-碳层修饰镍基或钴基复合材料电极的制备方法及其应用

说明书

本发明属于电化学技术领域，涉及浸渍型单原子铁‑碳层修饰镍基或钴基复合材料电极的制备方法：分别配制鞣酸和硝酸铁的乙醇溶液，常温下缓慢将硝酸铁溶液滴加至鞣酸溶液成胶质溶液；然后将在碳纸、碳布、导电玻璃或不锈钢网生长有镍基或钴基的基底材料浸渍于胶质溶液，取出后与硫源或磷源或氮源或不加其他原料，在惰性气体保护下煅烧0.5～4 h，冷却后即得。本发明原料廉价易得、无毒、操作简单易行，可涂渍多种基底，反应时间短，易于工业化。所制得复合材料电极具有较好的形貌保持性，以及良好的电化学性能和稳定性，可作为电极用于电催化分解水析氧反应。本发明所制得的复合材料用作电催化分解水正极时，在电流密度为40 mA•cm^‑2时过电位达280 mV。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，涉及浸渍型单原子铁-碳层修饰材料的制备方法，尤其涉及一种浸渍型单原子铁-碳层修饰镍基或钴基复合材料电极的制备方法及其应用。

背景技术

析氧反应（OER）是水分解和太阳能燃料电池的重要环节，然而，复杂的多电子传输阻碍了其动力学过程。有效的电催化剂是加快反应速率以及降低反应过电位，从而提高能量转换效率的关键。因此，寻找和优化高效电催化剂已引起广泛关注。

迄今，已有报道基于地壳中含量丰富的Fe、Co、Ni等元素制备合金及化合物，展现出接近贵金属Ir/Ru的催化性能。其中，在Ni/Co基材料中引入微量Fe元素，能够极大地提升Ni/Co基材料的OER活性。然而这些复合材料的制备都限制在掺杂或均相混合的条件下，在实际应用时，这种合成方式往往会需要极大的成本投入，且过电位和稳定性仍需进一步提升。因此，制备出效率高、稳定性佳的Fe、Co、Ni基析氧电催化剂仍然是一个具有挑战的任务。

近年来，单原子催化剂因其原子最大化利用率受到人们的广泛关注。但是，粒径越小会导致其表面自由能增加，更易团聚。为了减少这一影响，研究者们通过有机配体将每个金属离子固定在其结构中，成功获得了较稳定的单原子材料。然而目前对于单原子的研究仍然局限在单一的金属配合物中，极大地限制了单原子材料的发展。因此，设计一种浸渍型单原子修饰材料是非常有意义的工作。

迄今为止，尚未发现采用浸渍型单原子铁-碳层修饰镍基或钴基复合材料电极。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的一个目的是公开了浸渍型单原子铁-碳层修饰镍基或钴基复合材料电极的制备方法。

一种浸渍型单原子铁-碳层修饰镍基或钴基复合材料电极的制备方法，包括如下步骤：

A、按照固液比为0.1～20g：5～20mL的比例，将鞣酸加入乙醇中，搅拌形成溶液A，优选固液比为1 g：10 mL；

B、按照固液比为0.1～20g：5～20mL的比例，将九水合硝酸铁溶于乙醇形成溶液B，优选固液比为0.2 g：10 mL；

C、将溶液B缓慢滴加至溶液A中，搅拌形成胶质溶液；

D、取大小约1×2cm²已生长镍基或钴基的基底材料，浸渍在上述胶质溶液中1～24h，优选6 h，取出，烘干得到前驱体Fe-G/Ni-Sub或Fe-G/Co-Sub；

E、将烘干的前驱体Fe-G/Ni-Sub或Fe-G/Co-Sub转入半封闭的瓷舟中，加入硫源或磷源或氮源，或不加其他原料，然后转移至程序升温管式炉中在惰性气体保护下高温煅烧0.5～4h，优选1 h，待自然冷却至室温后，取出，即得。

本发明较优公开例中，步骤D所述已生长镍基或钴基的基底材料为在碳纸（CP）、碳布（CC）、导电玻璃（FTO）或不锈钢网（SSM）上生长有镍或钴的化合物或单质；其中，所述镍的化合物或单质为氢氧化镍、氧化镍或无定形镍；所述钴的化合物或单质为氢氧化钴、氧化钴或无定形钴。