[发明专利]一种FeV-LDHs的电催化剂及制备和应用

说明书

本发明涉及的是一种铁钒层状双金属氢氧化物(FeV‑LDHs)电催化剂的制备及其析氧性能(OER)，该催化剂的制备过程如下：先将六水三氯化铁，偏钒酸铵以及尿素加入去离子水中，并搅拌，之后使用水热法在反应釜中反应，反应结束取出，获得目标产物FeV LDHs，本发明的优点是：制备方法简单，价格低廉，该催化剂可应用于电催化分解水领域，尤其在OER中过电位较低，电流密度在100mA·cm^‑2时的电位仅为1.45V vs.RHE，超过文献中报道的大多数催化剂。

技术领域

本发明涉及一种铁钒层状双金属氢氧化物(FeV-LDHs)电催化剂的制备及其析氧性能(OER)

背景技术

电催化水分解由于其清洁以及模块化的特性被广泛认为是生产清洁和可再生燃料氢气的最有前途的技术途径之一。但是，目前国内在生产氢气以及绿色能源的过程中依旧化石燃料来制备，这是由于在工业生产中的其他条件限制，电解水过程中所消耗的电压不能全部用于反应而使得产生额外能耗，降低了电能的利用率。电解水过程中的槽电压一般是由阴阳两极的过电位以及溶液电阻产生的欧姆压降所构成。并且，水氧化半反应因涉及4电子转移过程，其动力学过程缓慢，导致过电位高，能量转换效率降低，被认为是整个水分解过程的速率控制步骤。因此，对于如何降低过电位就成了降低电催化分解水中的必要途径，因而，设计出高效稳定的水氧化电催化剂很有必要。目前，含贵金属的电催化剂对水氧化具有很强的催化活性，但贵金属的昂贵和稀缺性限制了其实用化和规模化应用。

而在非贵金属中，由于铁在地球上储量丰富，价格相较于其他催化剂也比较低廉，此外，合成出的层状结构它有着极大的比表面积，这就使得我们合成的催化剂上有着很多的活性位点，同时，使用水热法将它紧密的贴在泡沫镍上，使它的电导率显著提高，因此可以提高催化剂的效率以及稳定性。

发明内容

一种FeV LDHs电催化剂的制备，具体步骤如下：

(1)先将六水三氯化铁(FeCl₃·6H₂O)1.082g(4mmol)，偏钒酸铵(NH₄VO₃)0.468g(4mmol)，以及尿素0.600g，一起溶于80ml水中，搅拌30min，使他们充分溶解，将泡沫镍斜放在反应釜中，将溶液倒入反应釜2/3的位置，放入烘箱中120℃反应6h；

(2)反应结束后取出，放置稍凉(不可放置太久，也不可高温取出)取出，水和乙醇洗涤，并稍微超声，得到最终产品。

制备出的FeV-LDHs催化剂洗涤，超声，目的是除去在水热过程中附着在泡沫镍上的杂质，但是超声时间不能过长，一般30s左右。(防止担载上去的催化剂脱落，影响测试性能)

本文发明涉及的是一种FeV-LDHs电催化剂的制备及其性能，而FeV-LDHs该催化剂具有的低过点位220mV(100mA cm^-2的电流密度下)，低的Tafel斜率30mV dec^-1，以及相当高的稳定性。本发明展现出一种高效稳定的电催化剂产氧性能，极大的拓展了不需要贵金属的铁基电催化剂的范围。该催化剂可应用于电催化分解水领域，尤其在OER中过电位较低，电流密度在100mA·cm^-2时的电位仅为1.45V vs.RHE，超过文献中报道的大多数催化剂。

本发明的优点是：制备过程简单，条件温和，使用的原料价格低廉，制备出的电催化剂性能优异，还拓宽了非贵金属电催化剂的应用范围。

附图说明

图1为实施例1的生成的FeV LDHs催化剂的X射线衍射分析(XRD)图；

图2为实施例1的FeV LDHs催化剂的扫描电镜(SEM)图；

图3为实施例1的FeV LDHs催化剂的X射线电子能谱(XPS)图；

图4为实施例1的为生成的FeV LDHs催化剂的Mapping图；