本發(fā)明涉及電解水，具體涉及一種鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料及其制備方法和應用。

背景技術：

1、近年來，“新能源發(fā)電+電化學儲能”的能源利用模式迅速崛起，受到了人們的廣泛關注。氫能具有能量密度高、熱值高、環(huán)保無污染等優(yōu)點，是一種發(fā)展?jié)摿薮蟮哪茉?。氫能產業(yè)的初衷是實現(xiàn)零碳排放或低碳排放，但目前基于可再生能源的電解水制氫(綠氫)的市場規(guī)模卻僅僅占整個制氫市場規(guī)模的1％左右，難以滿足實際應用需求。

2、電解水反應包括析氫反應(her)和析氧反應(oer)兩個半反應，her反應是兩電子轉移過程，而oer反應卻涉及四電子轉移，因此oer反應的能壘更高，反應動力學速率較慢，但卻也是影響電解水制氫效率的關鍵因素。研究表明，在25℃、1個大氣壓的條件下，水的電解熱力學理論電勢為1.23v，而由于電極過電勢和溶液電阻等因素的影響，電解實際所需的電壓要遠高于理論值。為了降低能耗，可以使用催化劑來減少反應的能壘，進而降低過電勢。目前，商業(yè)化的催化劑主要是貴金屬材料(例如：用于her反應的鉑基材料；用于oer反應的釕/銥基材料)，雖然它們的催化性能優(yōu)異，但鉑、釕、銥等貴金屬元素在地球上的儲量十分有限，價格波動大，成本高，而且這些貴金屬材料在高電勢下的長期穩(wěn)定性較差，限制了其在電解水制氫領域的大規(guī)模應用。

3、因此，開發(fā)一種催化性能優(yōu)異、長期穩(wěn)定性好、成本低、原料來源廣的電解水析氧反應催化劑具有十分重要的意義。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料及其制備方法和應用。

2、本發(fā)明所采取的技術方案是：

3、一種鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料，其組成包括泡沫鎳基底和原位生長在泡沫鎳基底表面的鎳鐵納米片；所述鎳鐵納米片為鎳鐵層狀雙氫氧化物納米片、硫摻雜鎳鐵層狀雙氫氧化物納米片中的一種。

4、優(yōu)選地，所述鎳鐵納米片的片徑為10nm～800nm。

5、進一步優(yōu)選地，所述鎳鐵納米片的片徑為100nm～800nm。

6、優(yōu)選地，所述鎳鐵納米片呈卷曲狀態(tài)，且呈無規(guī)則排布。

7、一種如上所述的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料的制備方法包括以下步驟：

8、將泡沫鎳片用鐵鹽溶液進行浸泡，再取出泡沫鎳片進行清洗和干燥，即得未進行硫摻雜的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料；

9、或者，將泡沫鎳片用鐵鹽溶液進行浸泡，再取出泡沫鎳片進行清洗和干燥，再將泡沫鎳片用硫化物溶液進行浸泡，再取出泡沫鎳片進行清洗和干燥，即得進行了硫摻雜的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料。

10、優(yōu)選地，所述鐵鹽溶液中的鐵鹽為硝酸鐵、氯化鐵、醋酸鐵中的至少一種。

11、優(yōu)選地，所述鐵鹽溶液的濃度為0.02mol/l～2mol/l。

12、優(yōu)選地，所述硫化物溶液中的硫化物為硫化鈉、硫化鉀、硫脲中的至少一種。

13、優(yōu)選地，所述硫化物溶液的濃度為0.02mol/l～1mol/l。

14、優(yōu)選地，所述用鐵鹽溶液進行浸泡的時間為2h～20h。

15、優(yōu)選地，所述用鐵鹽溶液進行浸泡在室溫(25℃±2℃)下進行。

16、優(yōu)選地，所述用硫化物溶液進行浸泡的時間為2h～20h。

17、優(yōu)選地，所述用硫化物溶液進行浸泡在室溫下進行。

18、一種電解水析氧反應催化劑，其包含上述鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料。

19、一種如上所述的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料在電解水制氫中的應用。

20、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料可以用作電解水析氧反應催化劑，具有催化性能優(yōu)異、長期穩(wěn)定性好、成本低、原料來源廣等優(yōu)點，且其制備方法簡單、反應條件溫和，適合進行大規(guī)模工業(yè)化生產和應用。

21、具體來說：

22、1)本發(fā)明的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料用作電解水析氧反應催化劑能夠有效降低析氧反應的過電勢，催化性能優(yōu)異(優(yōu)于貴金屬基催化劑二氧化釕(ruo2))，且在高電勢條件下的穩(wěn)定性優(yōu)異；

23、2)本發(fā)明的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料是由地球上儲量豐富、價格低廉的非貴金屬材料制成，且制備方法簡單、反應條件溫和，適合進行工業(yè)化大規(guī)模生產和應用。

技術特征：

1.一種鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料，其特征在于，組成包括泡沫鎳基底和原位生長在泡沫鎳基底表面的鎳鐵納米片；所述鎳鐵納米片為鎳鐵層狀雙氫氧化物納米片、硫摻雜鎳鐵層狀雙氫氧化物納米片中的一種。

2.根據權利要求1所述的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料，其特征在于：所述鎳鐵納米片的片徑為10nm～800nm。

3.根據權利要求1或2所述的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料，其特征在于：所述鎳鐵納米片呈卷曲狀態(tài)，且呈無規(guī)則排布。

4.一種如權利要求1～3中任意一項所述的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述鐵鹽溶液中的鐵鹽為硝酸鐵、氯化鐵、醋酸鐵中的至少一種；所述硫化物溶液中的硫化物為硫化鈉、硫化鉀、硫脲中的至少一種。

6.根據權利要求4或5所述的制備方法，其特征在于：所述鐵鹽溶液的濃度為0.02mol/l～2mol/l；所述硫化物溶液的濃度為0.02mol/l～1mol/l。

7.根據權利要求4所述的制備方法，其特征在于：所述用鐵鹽溶液進行浸泡的時間為2h～20h。

8.根據權利要求4或7所述的制備方法，其特征在于：所述用硫化物溶液進行浸泡的時間為2h～20h。

9.一種電解水析氧反應催化劑，其特征在于，包含權利要求1～3中任意一項所述的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料。

10.一種如權利要求1～3中任意一項所述的鎳鐵層狀雙氫氧化物-泡沫鎳復合材料在電解水制氫中的應用。

技術總結
本發(fā)明公開了一種鎳鐵層狀雙氫氧化物?泡沫鎳復合材料及其制備方法和應用。本發(fā)明的鎳鐵層狀雙氫氧化物?泡沫鎳復合材料的組成包括泡沫鎳基底和原位生長在泡沫鎳基底表面的鎳鐵納米片，鎳鐵納米片為鎳鐵層狀雙氫氧化物納米片、硫摻雜鎳鐵層狀雙氫氧化物納米片中的一種。本發(fā)明的鎳鐵層狀雙氫氧化物?泡沫鎳復合材料可以用作電解水析氧反應催化劑，具有催化性能優(yōu)異、長期穩(wěn)定性好、成本低、原料來源廣等優(yōu)點，且其制備方法簡單、反應條件溫和，適合進行大規(guī)模工業(yè)化生產和應用。

技術研發(fā)人員：王浩帆,楊宏宵,余皓,王紅娟,曹永海,張?zhí)┤?李貝
受保護的技術使用者：華南理工大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/10/10