一种电场驱动制备M1II(M2III)OOH材料的方法

本发明属于功能材料制备，特别涉及一种电场驱动制备m1ii(m2iii)ooh材料的方法。

背景技术：

1、由于全球工业的发展和人口的增长，对能源的需求正在迅速增加。尽管当今大多数的能源需求在很大程度上依赖于碳基资源，如石油、天然气和煤炭，但化石燃料的枯竭和二氧化碳排放引起的温室效应已经成为严重的问题。因此，人们正在广泛研究可替代化石燃料的能源，以发展可持续能源系统。现如今寻求可再生、清洁、高效的能源已成为全球实现碳中和和可持续发展的共同目标。在众多的绿色能源候选中，氢能一直是人们关注的焦点。氢是取之不尽、用之不竭的，也是绿色环保的，因为它可以从地球上丰富的反应物(如水和甲烷)中产生，而且在其转化为其他能源形式(如电力)的过程中不排放二氧化碳或其他有毒物质。此外，与汽油和煤炭等其他能源相比，氢气可以表现出明显更大的能量密度。因此氢能的开发对于促进清洁低碳经济的发展具有重要意义。

2、迄今为止，高效的生产氢气已经在世界范围内流行起来。氢气重整法具有成本低廉的优势是目前应用最广泛的制氢方法。然而，在蒸汽重整过程中释放的一氧化碳或二氧化碳作为副产品降低了氢能源的环境优点。因此，作为一种更清洁的替代方法，电催化裂解水制氢是一种将可再生能源转化为绿色化学燃料的清洁和可持续的技术。通过电催化产生氢的水裂解反应包括两个半电池反应，即阴极的析氢反应(her)和阳极的析氧反应(oer)。阴极的her涉及两个电子的转移，而阳极的oer涉及四个电子的转移导致反应动力学缓慢和过电位大，是水分解反应的瓶颈。

3、迄今为止，贵金属基氧化物(ruo2和iro2)显示出明显的电oer催化活性。但是，使用这些贵金属基材料作为阳极进行大规模制氢受到其高成本和稀缺性的限制。因此，迫切需要设计低成本、高稳定性、高效率的电活性材料，以满足大规模应用的需求。

技术实现思路

1、为了解决现有的技术问题，本发明提供了一种电场驱动制备m1ii(m2iii)ooh材料的方法。制备得到的m1ii(m2iii)ooh材料表现出优异的oer催化活性，并且具有稳定的多相共存的结构以及丰富的氧空位进行电子转移。

2、所述的电场驱动制备m1ii(m2iii)ooh材料的方法为：以水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以惰性电极为阴极，以氯化钠溶液为电解质溶液，外接直流电场；电刻蚀0.5-5h后，将电解质溶液离心、去离子水离心洗涤，干燥黑色沉淀物即得。

3、所述惰性电极为石墨、碳布或钛网中的任意一种。

4、所述水滑石原位负载碳纤维膜上的水滑石的层板金属为过渡金属。

5、所述水滑石原位负载碳纤维膜上的水滑石为镍铁水滑石、镍铝水滑石、镍钴水滑石、镍锰水滑石、钴铝水滑石中的一种或几种。

6、所述氯化钠溶液的浓度为0.1-5mol·l-1。

7、所述直流电场的电压为0.1-9v。

8、所述干燥采用热空气干燥。

9、所述干燥的温度为60-150℃，干燥时间为2-12h。

10、将上述制备的m1ii(m2iii)ooh材料作为析氧催化剂的应用。

11、有益效果

12、本发明打破了通过掺杂制备m1ii(m2iii)ooh材料的传统思路，提出了一种双向扩散、自重构的制备多组分m1ii(m2iii)ooh材料的方法。该材料导电性好，比表面积大，暴露了更多的活性位点，增大了电催化活性面积，在碱性电解质中具有更高的oer活性和稳定性。此外，与贵金属催化剂ruo2、iro2对比，本发明的m1ii(m2iii)ooh材料生产成本低、制备简单、能够工业化应用。

技术特征：

1.一种电场驱动制备m1ii(m2iii)ooh材料的方法，其特征在于，所述方法的具体操作为：以水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以惰性电极为阴极，以氯化钠溶液为电解质溶液，外接直流电场；电刻蚀0.5-5h后，将电解质溶液离心、去离子水离心洗涤，干燥黑色沉淀物即得。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述惰性电极为石墨、碳布或钛网中的任意一种。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水滑石原位负载碳纤维膜上的水滑石的层板金属为过渡金属。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水滑石原位负载碳纤维膜上的水滑石为镍铁水滑石、镍铝水滑石、镍钴水滑石、镍锰水滑石、钴铝水滑石中的一种或几种。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述氯化钠溶液的浓度为0.1-5mol·l-1。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直流电场的电压为0.1-9v。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥采用热空气干燥。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥的温度为60-150℃，干燥时间为2-12h。

9.根据权利要求1-8任一项所述的方法制备得到的m1ii(m2iii)ooh材料作为析氧催化剂的应用。

技术总结
本发明公开了一种电场驱动制备M<subgt;1</subgt;<supgt;II</supgt;(M<subgt;2</subgt;<supgt;III</supgt;)OOH材料的方法。该方法以水滑石原位负载碳纤维膜为阳极，以惰性电极为阴极，以氯化钠溶液为电解质溶液，外接直流电场；电刻蚀0.5‑5h后，将电解质溶液离心、去离子水离心洗涤，干燥黑色沉淀物即得。本发明提出的是一种双向扩散、自重构的制备多组分M<subgt;1</subgt;<supgt;II</supgt;(M<subgt;2</subgt;<supgt;III</supgt;)OOH材料的方法。制得的材料导电性好，比表面积大，暴露了更多的活性位点，增大了电催化活性面积，在碱性电解质中具有更高的OER活性和稳定性。此外，与贵金属催化剂RuO<subgt;2</subgt;、IrO<subgt;2</subgt;对比，本发明的M<subgt;1</subgt;<supgt;II</supgt;(M<subgt;2</subgt;<supgt;III</supgt;)OOH材料生产成本低、制备简单、能够工业化应用。

技术研发人员：陈伟,尹汝涛,宋宇飞
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14