[发明专利]一种α-NixFey(OH)2电催化剂及其在工作电极中的应用

说明书

本发明涉及新型二维材料制备领域，具体为一种α‑Ni_xFe_y(OH)₂电催化剂的制备方法及其在工作电极中的应用。本发明利用硼氢化钠作为“发泡剂”和共沉淀剂快速制备铁掺杂α相氢氧化镍多孔纳米片（α‑Ni_xFe_y(OH)₂）材料的方法，并且利用铁掺杂α相氢氧化镍多孔纳米片制备获得工作电极，该工作电极具有优异的析氧性能。在此，通过使用NaBH₄作为“发泡剂”和共沉淀剂，快速制备了铁掺杂α相氢氧化镍多孔纳米片材料（α‑Ni_xFe_y(OH)₂）,并具有优异OER性能。催化活性提高可归因于Ni和Fe之间强烈的电子相互作用以及多孔结构。

技术领域

本发明涉及新型二维材料制备领域，具体为利用硼氢化钠作为“发泡剂”和共沉淀剂快速制备铁掺杂α相氢氧化镍多孔纳米片（α-Ni_xFe_y(OH)₂）材料的方法，并且利用铁掺杂α相氢氧化镍多孔纳米片制备获得工作电极，该工作电极具有优异的析氧性能。

背景技术

近年来，随着能源危机和环境恶化的加剧，促使人们寻求清洁和可持续的发电技术以及氢气和氧气等能源载体的生产。众所周知，水电解是通过将水电化学分解成氢气和氧气而产生高纯度氢的简单方法。由于阳极氧析出反应（OER）的动力学较差，其中涉及复杂的四电子过程，即使贵金属（如Ir或Ru的氧化物）有出色的催化性能，常被用作OER的基准的材料，但高成本，低耐用性和有限的资源阻碍了它们的大规模应用。各种丰富且价格低廉的过渡金属基催化剂及其衍生物作为OER催化剂，例如金属氢氧化物，和金属氧化物，引起了极大的关注。金属氢氧化物，尤其是镍基氢氧化物，由于成本低，易于制备以及合成环保而受到相当多的关注。

作为一种新兴的纳米材料，二维纳米材料在广泛的领域表现出优异的性能，包括催化，能量转换和存储，光电器件等，因此二维镍基金属氢氧化物的制备尤为重要。现有技术一般是通过增加活性位点的方法来提高镍基氢氧化物的OER性能，如掺杂异质原子或者制造孔。

如今，利用蚀刻——层内奥斯特瓦尔德成熟途径或者等离子体刻蚀法等繁琐且苛刻的蚀刻程序制备了过渡金属多孔纳米片，但是这些制备方法通常繁琐，不利于镍基氢氧化物的研究和应用。

发明内容

基于上述现有技术，本发明的目的是提供一种利用硼氢化钠（NaBH₄）作为“发泡剂”和共沉淀剂快速制备铁掺杂α相氢氧化镍多孔纳米片（α-Ni_xFe_y(OH)₂）的方法，进而测试其OER性能。

本发明是采用如下技术方案实现的：一种α-Ni_xFe_y(OH)₂电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

首先配制溶液A，将一定量的六水合硝酸镍、九水合硝酸铁和十六烷基三甲基溴化铵加入到超纯水或去离子水中；然后配制溶液B，将一定量的NaBH₄加入到超纯水或去离子水中；将溶液A连续搅拌直至完全溶解溶质，然后将溶液B滴加到溶液A中，反应后，将产物离心，用水和无水乙醇洗涤数次，然后真空干燥，制得α-Ni_xFe_y(OH)₂。

作为本发明技术方案的进一步改进，在配制溶液A时，每25 mL超纯水或去离子水中含有的六水合硝酸镍、九水合硝酸铁总摩尔量为2 mmol，其中九水合硝酸铁的含量为0～1 mmol。

作为本发明技术方案的进一步改进，在配制溶液A时，十六烷基三甲基溴化铵加入到超纯水或去离子水后，其浓度为4.4×10^-2～6.6×10^-2mol/L。