[发明专利]单原子钼负载的镍铁双金属水滑石材料、制备方法及其应用

说明书

本发明提供了单原子钼负载镍铁双金属水滑石材料、制备方法及其应用，属于纳米材料的制备领域。本发明的制备方法，组分比例可调控，成本低廉，很大程度提升析氧反应速率并且具有优异的稳定性。本发明通过简单水热合成法先一步合成镍铁双金属水滑石材料，再通过二次溶剂热法将低成本无水钼酸钠还原为单原子并且成功负载在镍铁双金属水滑石材料上。制得的材料相比于目前广泛应用于工业贵金属催化剂而言很大程度降低成本并且改善了其稳定性差的缺点。本发明获得的电极可直接应用于碱性及条件下的电解水析氧反应，具有高活性和良好稳定性。

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，尤其是单原子钼负载的镍铁双金属水滑石材料、制备方法及其应用。

背景技术

随着全球的飞速发展，能源问题成为了一直困扰着人们的重要问题之一。煤炭、石油和天然气等不可再生的化石能源负担着全球80％以上的能源消耗。然而，化石能源燃烧过程中的排放对环境造成严重危害，例如全球变暖和空气污染。因此，人们对清洁能源的关注度逐步提高。清洁能源包括很多种，例如风能、太阳能、潮汐能和氢能。其中风能、太阳能等可再生能源通常受地理位置和环境条件的限制，不能有效地利用，造成大量的能源浪费。氢能是一个便利且高能量的能源，尤其是作为最具有潜力的绿色能源，氢气备受关注。目前主流的制氢技术主要有：化石燃料制氢、水电解制氢、生物质制氢、太阳能光解制氢等方式。化石燃料制氢技术是目前应用最多，最广泛的技术，但是由于其面临着资源有限，制氢过程污染严重，初期投资成本高等问题，因此是一种不可发展持续的制氢技术。自18世纪首次发现电解水现象，经过200多年发展，现在已成为重要的可持续制氢技术。

电解水分为两个半反应，分别为阴极析氢反应和阳极析氧反应，但是阳极析氧反应存在四电子反应，因此具有缓慢的动力学反应，充当电解水制氢过程中的决速步，限制了电解水产氢过程。因此需要寻找一种高效稳定的析氧催化剂，进而加快析氧反应速率和降低所需过电势来加速电解水制氢。目前工业上电解水制氢的析氧反应催化剂为氧化钌、氧化铱等贵金属，但是由于贵金属均存在稀缺及稳定性差的缺点，因此需要寻找一种低成本高效且稳定的催化剂来代替贵金属催化剂。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供单原子钼负载的镍铁双金属水滑石材料、制备方法及其应用。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

单原子钼负载的镍铁双金属水滑石材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)利水热合成法制备镍铁双金属水滑石材料；

(2)将无水钼酸钠和镍铁双金属水滑石材料溶解于氢氧化钠水溶液中，之后将硼氢化钠水溶液作为还原剂滴加到其中，得到单原子钼的前驱体溶液；之后进行二次溶剂热法将单原子钼沉积在镍铁双金属水滑石材料上，得到单原子钼负载的镍铁双金属水滑石材料；

溶剂热反应条件为：80～160℃反应1～10h。

进一步的，步骤(1)具体为：

配制Ni(NO₃)₂·6H₂O、FeCl₂·4H₂O和尿素的水溶液，作为前驱体溶液，在100～160℃下水热反应6～12h得到镍铁双金属水滑石材料。

进一步的，前驱体溶液中Ni(NO₃)₂·6H₂O的浓度为15～60mM。

进一步的，前驱体溶液中FeCl₂·4H₂O的浓度为5～20mM。

进一步的，前驱体溶液中尿素的浓度为100～400mM。

进一步的，步骤(2)在单原子钼的前驱体溶液中：