[发明专利]具有原子缺陷的β相镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种具有原子缺陷的β相镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物的制备方法及其应用，包括以下步骤：(1)采用超声分散技术，将氧化碳纳米管均匀分散在去离子水(已通氮气)中；(2)将六水合氯化镍，四水合氯化亚铁，六亚甲基四胺和氟化氨加入上述溶液，并转移至反应釜，在120℃下反应6小时，得到镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物；(3)在室温下，将得到的材料分散在过氧化氢与水的混合溶液中氧化不同时间的到不同缺陷程度的镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物。该方法原料价廉易得，方便合成，设备简单，生产过程无污染，可快速实现规模化生产，该材料具有较多缺陷位点和活性中心，具有较好的电解水析氧性能。

技术领域

本发明涉及一种适用于过渡金属氢氧化物的制备技术，特别涉及一种可控的形成具有原子缺陷的β相镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物的制备方法及其应用。

背景技术

传统的化石燃料（煤，石油，天然气等）的使用会造成能源枯竭，带来温室效应，酸雨，臭氧层被破坏等严重的环境问题,严重影响到人类的生存和发展，因此必须寻找清洁的、可持续的新型能源代替传统的化石燃料以满足人类的需要(Journal of the AmericanChemical Society 137.10(2015):3638-3648)。氢气有能量密度高、燃烧热值高、零污染等优点，因此被认为是替代传统化石燃料的最佳候选者之一（Nano Research 8.1(2014):23-39）。电解水制氢氧是已知获得高纯度氢气的有效方式之一。电解水制氢由发生在阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）两个半反应组成(Energy Environmental ence6.10(2013):2921-2924)。与简单的两电子转移过程的HER相比，OER涉及到复杂的四电子转移过程，是一个在动力学缓慢的过程，所以需要较高的过电位来满足反应的需要，这就严重影响了水分解的效率(Journal of the American Chemical Society 136.18(2014):6744-53)。因此需要合适的催化剂来降低OER过程中所需要的过电位，提高电解水的效率。近年来，人们普遍认为贵金属及其衍生物（例如：IrO₂和RuO₂）是最好的OER催化剂，但是他们的储藏量少、价格昂贵、稳定性差因此不能大规模实际应用(Angewandte ChemieInternational Edition (2014))。3d过渡金属由于价格便宜、储藏量丰富、成为了近年来研究的热点,其中镍铁双金属氢氧化物由于其独特的层状结构而引起广泛研究。由于氢氧化物本身的导电性较差，而且层状材料为了降低其表面自由能会自发的团聚在一起从而让是的材料的比表面积减少，活性位点的数量也随之减少，从而会使得电解水的效率降低，能耗增大。将碳纳米管与镍铁双金属氢氧化物复合并引入缺陷可有效的提高材料导电性的同时增加其活性位点的数量从而提高催化活性，而水热法和氧化过程操作简单,且易于实现规模化生产,在合成中严格控制合成条件参数,可得到不同缺陷程度的β相镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种具有原子缺陷的β相镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物的制备方法，其合成过程具有较高的安全性，操作简单，产物具有磁性能，且密度低、比表面积大等特点；该方法原料价廉易得，方便合成，设备简单，生产过程无污染，可快速实现规模化生产，该材料具有较多缺陷位点和活性中心，具有较好的电解水析氧性能。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种具有原子缺陷的β相镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物的制备方法，包括以下步骤：

（1） 把一定量的氧化碳纳米管超声分散在已通氮气的去离子水中得到氧化碳纳米管分散液；

（2）把六水合氯化镍，四水合氯化亚铁，六亚甲基四胺和氟化氨溶解在步骤（1）制得的氧化碳纳米管分散液中得到混合液体；

（3）将步骤（2）的混合液体转移至反应釜，溶液在密闭的反应釜中，在120°C~160°C条件下反应6~24小时，得到β相镍铁氢氧化物/碳纳米管复合物；