一种少层过渡金属层状双氢氧化物的宏量制备和应用

本发明属于电解水阳极电极材料制备，具体涉及一种少层过渡金属层状双氢氧化物的宏量制备方法及其制备的产品和应用，特别是作为水氧化电催化剂在电催化分解水中的应用。

背景技术：

1、氢不仅是一种重要的工业原料，而且是一种高效的二次清洁能源，对世界发展低碳经济、缓解能源危机具有重要意义。电催化水分解是目前最具发展前景的低碳制取高纯氢的技术之一，可实现水电、光伏发电、风电等可再生能源的高效利用。电催化水裂解包括两个半反应，阴极的析氢反应(her)和阳极的析氧反应(oer)，而其效率在很大程度上受到oer的限制，因为这是一个动力学缓慢的四电子转移过程。迄今为止，用于oer的最成功的商业催化剂是贵金属氧化物，如iro2和ruo2，但是贵金属的储量低，限制了它们的大规模应用。因此，开发储量丰富的非贵金属oer电催化剂至关重要。

2、在各种过渡金属基析氧反应电催化剂中，过渡金属层状双氢氧化物(ldhs)因其丰富的储量、可调的组成、独特的二维层状结构而受到广泛关注。然而由于其导电性较差并且活性位点无法充分暴露，制约了其活性的进一步提高。

3、基于上述理由，提出本申请。

技术实现思路

1、基于上述理由，针对现有技术中存在的问题或缺陷，本发明的目的在于提供一种少层过渡金属层状双氢氧化物的宏量制备方法及其制备的产品和应用，解决或至少部分解决现有技术中存在的上述技术缺陷。本发明减小ldhs的厚度有利于增大ldhs的比表面积，并且暴露出更多的缺陷以及配位不饱和位点，是提高其催化活性的有效方法。

2、为了实现本发明的上述第一个目的，本发明采用的技术方案如下：

3、一种少层过渡金属层状双氢氧化物的宏量制备方法，所述方法具体包括如下步骤：

4、(a)将过渡金属盐、表面活性剂依次溶于无机溶剂中，配成溶液a；

5、(b)往溶液a中加入硼氢化钠，然后将所得混合物在25～50℃、搅拌条件下反应10～30min，反应结束后，将产物离心，洗涤，干燥，得到所述的少层过渡金属层状双氢氧化物；其中：

6、所述表面活性剂包括十六烷基三甲基溴化铵、十二烷基磺酸钠、十二烷基硫酸钠等中的任一种或几种。

7、进一步地，上述技术方案，所述过渡金属盐为过渡金属硝酸盐。

8、进一步地，上述技术方案，所述过渡金属盐中的过渡金属包括ni、fe、co、mn、cr等中的任一种或几种。

9、进一步地，上述技术方案，所述过渡金属层状双氢氧化物为nife-ldh、nico-ldh、nimn-ldh、nicr-ldh、cofe-ldh、comn-ldh、nicomn-ldh、nifemn-ldh等中的任一种。

10、进一步地，上述技术方案，所述无机溶剂优选为去离子水。

11、进一步地，上述技术方案，所述溶液a中的过渡金属盐的浓度控制在0.01～3mol/l。

12、进一步地，上述技术方案，所述溶液a中的表面活性剂的浓度控制在0.01～0.1mol/l。

13、进一步地，上述技术方案，所述的过渡金属盐与硼氢化钠的摩尔比例控制在1：2-3。

14、进一步地，上述技术方案，所述的离心、洗涤的工艺条件为：将产物以5000～10000r/min的转速离心2～5min，然后倒去上层清液，用去离子水洗涤5～10遍。

15、进一步地，上述技术方案，所述干燥的工艺条件为：在50～100℃烘箱中干燥6～12h。

16、本发明的第二个目的在于提供上述所述方法制备得到的少层过渡金属层状双氢氧化物。

17、本发明的第三个目的在于提供上述所述方法制备得到的少层过渡金属层状双氢氧化物作为水氧化电催化剂在电催化分解水中的应用。

18、一种水氧化电催化剂，所述催化剂包括上述所述方法制备得到的少层过渡金属层状双氢氧化物。

19、本发明的显著优点及有益效果在于：

20、1、本发明制备方法简单易行、制备时间短、反应条件温和、产率高。

21、2、本发明制备得到的少层过渡金属层状双氢氧化物具有大的比表面积，能暴露出更多的活性位点，同时其少层的结构有利于形成更多的缺陷以及配位不饱和位点，这有利于提升催化剂的本征活性。

22、3、本发明制备得到的少层过渡金属层状双氢氧化物具有较低的水氧化反应过电位和优异的循环稳定性和耐久性能。

技术特征：

1.一种少层过渡金属层状双氢氧化物的宏量制备方法，其特征在于：所述方法具体包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述过渡金属盐中的过渡金属包括ni、fe、co、mn、cr中的任一种或几种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述过渡金属层状双氢氧化物为nife-ldh、nico-ldh、nimn-ldh、nicr-ldh、cofe-ldh、comn-ldh、nicomn-ldh、nifemn-ldh中的任一种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溶液a中的过渡金属盐的浓度控制在0.01～3mol/l。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述溶液a中的表面活性剂的浓度控制在0.01～0.1mol/l。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的过渡金属盐与硼氢化钠的摩尔比例控制在1：2-3。

7.权利要求1～6任一项所述方法制备得到的少层过渡金属层状双氢氧化物。

8.权利要求1～6任一项所述方法制备得到的少层过渡金属层状双氢氧化物作为水氧化电催化剂在电催化分解水中的应用。

9.一种水氧化电催化剂，其特征在于：所述催化剂包括权利要求1～6任一项所述方法制备得到的少层过渡金属层状双氢氧化物。

技术总结
本发明公开了一种少层过渡金属层状双氢氧化物的宏量制备方法及其制备的产品和应用，属于电解水阳极电极材料制备技术领域。本发明制备方法包括以下步骤：将过渡金属盐、表面活性剂依次溶于溶剂中，混匀后加入硼氢化钠，搅拌反应，离心，洗涤、干燥后得到少层过渡金属层状双氢氧化物；本发明的制备方法简单易行、制备时间短、反应条件温和、产率高等优点。将所制备的少层过渡金属层状双氢氧化物作为水氧化反应的电催化剂，在碱性电解质中表现出优异的催化活性和耐久性。

技术研发人员：蔡卫卫,周顺发,李静,时佳维,郭颖华
受保护的技术使用者：中国地质大学（武汉）
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12