[发明专利]一种高熵过渡金属羟基氧化物及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种高熵过渡金属羟基氧化物及其制备方法和应用。所述一种高熵过渡金属羟基氧化物由五种及以上过渡金属的羟基氧化物组成，缩写为HETMOOH；所述过渡金属为Y，Cr，Mn，Fe，Co，Ni，Cu，Mo或Bi的金属硝酸盐或氯化物。本发明利用多种过渡金属的盐和碱反应形成高熵过渡金属氢氧化物，通过水热反应，然后进一步利用高温高压下氧化反应，生成HETMOOH。该高熵过渡金属羟基氧化物具有结构可变、化学成分可控、功能性质丰富等特点，能够有效的利用高熵效应在形成多缺陷、大的比表面积和优化的电子构型，有效提升了材料的导电性能和离子传输性能，从而提高了材料的电化学电容性能。

技术领域

本发明属于材料制造领域，具体涉及一种高熵过渡金属羟基氧化物、制备方法及其在电化学电容器电极材料中的应用。

背景技术

过渡金属羟基氧化物（亦称之为过氧化物）是应用广泛的材料之一，在电催化、电化学类酶检测、水体的净化除污以及电化学能量转换等领域有着重要的应用。但在应用的过程中，单一过渡金属羟基氧化物的性能尚无法达到实际应用的要求，如：在电催化应用中的较低的导电性、不同化学环境中的催化活性以及长期耐久性。

高熵物质具有结构可变、化学成分可控、功能性质丰富等特点，其较大的组成空间可以很容易地优化感兴趣的性质。近年来，高熵氧化物的研究和应用引起了越来越广泛的兴趣，如：Lin ling等采用简单的一步机械化学法制备了含有5种等原子过渡金属( M )、不同M：S比的高熵硫化物并应用于锂离子电池的电极材料（Advanced Energy Materials，Volume 12，Issue 8，2022），Talluri Bhusankar等采用一种简易的软化学工艺制备了(CoCrFeMnNi )₃O₄高熵尖晶石氧化物基电催化剂用于甲醇氧化和析氧反应（Journal ofEnvironmental Chemical Engineering，Volume 10，Issue 1，2022），Han Mei等利用高熵的概念设计了一种具有非晶结构的NiFeCoMnAl氧化物作为析氧反应催化剂（AppliedCatalysis B: Environmental，Volume 301，2022），Nguyen Thi Xuyen等采用两步溶剂热法合成了新型富土金属硫酸根高熵硫化物FeNiCoCrXS₂ ( 其中 X = Mn、 Cu、 Zn或 Al )用于超高性能析氧反应电催化剂（Advanced Functional Materials，Volume 31，Issue48，2021），Arshad Javeria等通过机械化学处理后再烧结的方法合成了纳米晶高熵( Be ,Mg , Ca , Sr , Zn , Ni )₃O₄氧化物，并探讨了其在电化学中的应用（Journal ofElectrochemical Science and Technology，Volume 12，Issue 1，2021），Feng Danyang等制备了具有介孔结构的孔洞片状Co_0.2Ni_0.2Cu_0.2Mg_0.2Zn_0.2O高熵氧化物作为一种超高活性非均相催化剂用于苯甲醇的无溶剂有氧氧化（Angewandte Chemie，Volume 132，Issue 44，2020），Zhao Chenglong等设计并制备了钠离子电池用高熵层状氧化物阴极（AngewandteChemie，Volume 132，Issue 1，2020），Wang Shuangyin等采用低温等离子体的方法制备了富缺陷高熵氧化物纳米片并用于5 -羟甲基糠醛的高效电氧化（Angewandte ChemieInternational Edition，Volume 60，Issue 37，2021）。但是，报道中涉及高熵金属羟基氧化物的应用几乎未见，仅见Han Mei等利用高熵的概念设计了一种具有非晶结构的NiFeCoMnAl氧化物作为析氧反应催化剂，Mn的掺入可以构建活性中心Ni的富电子环境，Ni相对较低的氧化状态有利于β-NiOOH中间体的自构（Applied Catalysis B:Environmental，Volume 301，2022）。因此，高熵金属羟基氧化物的制备及其应用的探讨有着重要的理论意义和实际应用价值。