高稳定性NiFe-LDH析氧催化剂的制备方法及海水制氢中的应用与流程

本发明涉及nife-ldh析氧催化剂的制备方法领域，尤其涉及一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法及海水制氢中的应用。

背景技术：

1、传统化石能源的过度使用已经导致了严重的能源短缺和环境污染问题，迫切需要开发利用清洁可再生的新能源以应对能源短缺和环境污染问题。在已开发的新能源中，氢能热值最高，产物清洁，是替代传统化石能源的理想能源。然而目前应用较为成熟的甲烷重整和煤制氢技术存在耗能大、污染严重和效率低的缺陷，阻碍了大规模制氢的发展。因此，开发高效、经济和环保的氢能存储和转换技术对于缓解能源短缺和改善环境污染问题具有重要意义。

2、电解水制氢是一种高效、清洁和低成本的制氢技术。然而淡水资源的短缺和分布不均衡限制了该技术的大规模商业化应用。电解海水制氢能避免电解水制氢面临的问题，但是海水中大量的氯离子会造成电极的严重腐蚀，缩短电极的使用寿命。因此急需开发高效、稳定和低成本的电解海水析氧催化剂以推动电解海水制氢技术的发展。

3、非贵金属析氧催化剂nife-ldh因性能优异和成本低的特点被广泛报道和研究。但是其易被氯离子腐蚀，稳定性差，限制了其在海水电解制氢中的应用。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，以得到高稳定性的非贵金属析氧催化剂nife-ldh，防止海水中氯离子对导电基底的腐蚀为目的。为此，本发明采取以下技术方案。

2、一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：

3、1)对导电基底进行预处理，将导电基底裁剪成一定尺寸，在盐酸溶液中超声处理，然后依次分别在去离子水和无水乙醇中超声清洗多次，在空气中自然干燥备用；

4、2)分别称取镍盐、铁盐、沉淀剂固体和无水有机溶剂配成溶剂热反应溶液，并将其转移到聚四氟乙烯材质反应罐中；

5、3)将预处理后的导电基底浸泡于有溶剂热反应溶液的聚四氟乙烯反应罐中，密封于不锈钢高压釜中进行溶剂热反应，冷却后取出，依次用去离子水和无水乙醇清洗干净，置于烘箱中干燥，得到高稳定性nife-ldh/nf析氧催化剂。

6、通过采用无水有机溶剂的溶剂热反应方法进行nife-ldh催化剂的生长，使nife-ldh催化剂在导电基底表面生长缓慢，能实现致密包覆，更好地保护导电基底，得到的nife-ldh催化剂在海水电解制氢反应中具有更加优异的稳定性，可以有效防止海水中氯离子对导电基底的腐蚀。

7、作为优选技术手段：步骤1)和3)中，所述的导电基底包括泡沫镍、镍片、钛片、碳纸和不锈钢。具有良好的导电性，可以有效地传递电流，保证电解水反应的顺利进行。

8、作为优选技术手段：步骤1)中，所述的导电基底在2mol·l-1盐酸溶液中超声处理3min，然后依次分别在去离子水和无水乙醇中超声清洗三次。在盐酸溶液中进行超声处理，可以更好地去除导电基底表面的氧化物和金属杂质，提高基底的纯度和导电性能，在去离子水和无水乙醇中进行超声清洗三次，可以进一步去除表面的残留物和清洗剂，提高基底的纯度和干燥程度，确保导电基底表面清洗干净。

9、作为优选技术手段：步骤2)中，所述的无水有机溶剂采用无水甲醇、无水乙醇的一种或两种的任意比例混合。有利于提高nife-ldh纳米材料的结晶度和稳定性，形成更加致密的包覆层，并且价格相对较低，也具有一定的经济性和可操作性。

10、作为优选技术手段：步骤2)中，所述的镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍。都是常用的镍盐，易于购买和制备，成本相对较低，在有机溶剂中都具有较好的溶解性，有利于制备nife-ldh纳米材料，稳定性好，不会发生分解或爆炸等安全问题，可以安全地进行实验操作。

11、作为优选技术手段：步骤2)中，所述的铁盐为硝酸铁、硫酸铁或氯化铁。都是常用的铁盐，易于购买和制备，成本相对较低，在有机溶剂中都具有较好的溶解性，有利于制备nife-ldh纳米材料，稳定性好，不会发生分解或爆炸等安全问题，可以安全地进行实验操作。

12、作为优选技术手段：步骤2)中，所述的沉淀剂固体采用尿素。尿素是一种常用的化肥，易于购买且价格低廉，使用时较为安全，不会对实验操作人员造成危害，：尿素可以与镍盐和铁盐发生沉淀反应，生成镍铁混合氢氧化物纳米材料，这种材料具有良好的催化性能和稳定性，适用于电解水产氧反应，尿素的溶解度较高，可以与镍盐和铁盐充分接触，促进沉淀反应的进行。

13、作为优选技术手段：步骤3)中，高压反应釜中溶剂热反应温度100-180℃，反应时间4-24h。能有效实现nife-ldh催化剂的生长制备。

14、作为优选技术手段：步骤3)中，烘箱空气中40-80℃干燥6-48h。能有效实现对nife-ldh催化剂的干燥，干燥温度相对较低，nife-ldh稳定性好。

15、作为优选技术手段：镍盐、铁盐、沉淀剂固体和溶剂按以下比例配制：六水合硝酸镍130.8mg、九水合硝酸铁60.6mg、尿素600mg、无水乙醇36ml。按该比例混合，提供足够的镍离子、铁离子、沉淀剂参与反应，促进镍铁氢氧化物的生成，有利于生成高质量的nife-ldh纳米材料。

16、本发明的另一个目的是提供一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂在海水制氢中的应用；

17、所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂由前述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法制备而成，所述的高稳定性nife-ldh析氧催化剂用于海水的电解制氢。制备的催化剂具有优异的电催化海水析氧性能和抗氯腐蚀能力，使得催化剂能应用于海水的电解制氢，应用的范围有效增大。

18、有益效果：通过采用无水有机溶剂的溶剂热反应方法进行nife-ldh催化剂的生长，使nife-ldh催化剂在导电基底表面生长缓慢，能实现致密包覆，更好地保护导电基底，得到的nife-ldh催化剂在海水电解制氢反应中具有更加优异的稳定性，可以有效防止海水中氯离子对导电基底的腐蚀，本方法采用非贵金属作为催化剂金属源，成本较低。

技术特征：

1.一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1)和3)中，所述的导电基底包括泡沫镍、镍片、钛片、碳纸和不锈钢。

3.根据权利要求1所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述的导电基底在2mol·l-1盐酸溶液中超声处理3min，然后依次分别在去离子水和无水乙醇中超声清洗三次。

4.根据权利要求1所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的无水有机溶剂采用无水甲醇、无水乙醇的一种或两种的任意比例混合。

5.根据权利要求1所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍。

6.根据权利要求1所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的铁盐为硝酸铁、硫酸铁或氯化铁。

7.根据权利要求1所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述的沉淀剂固体采用尿素。

8.根据权利要求1所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于：步骤3)中，高压反应釜中溶剂热反应温度100-180℃，反应时间4-24h；烘箱空气中40-80℃干燥6-48h。

9.根据权利要求1所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法，其特征在于：镍盐、铁盐、沉淀剂固体和溶剂按以下比例配制：六水合硝酸镍130.8mg、九水合硝酸铁60.6mg、尿素600mg、无水乙醇36ml。

10.一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂在海水制氢中的应用，其特征在于：所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂由任一权利要求1-9所述的一种高稳定性nife-ldh析氧催化剂的制备方法制备而成，所述的高稳定性nife-ldh析氧催化剂用于海水的电解制氢。

技术总结
本发明公开了一种高稳定性NiFe‑LDH析氧催化剂的制备方法及海水制氢中的应用，涉及NiFe‑LDH析氧催化剂的制备方法领域。电解水制氢是一种高效、清洁和低成本的制氢技术，非贵金属析氧催化剂NiFe‑LDH，易被氯离子腐蚀，限制了其在海水电解制氢中的应用。本发明采用无水有机溶剂的溶剂热反应方法，使NiFe‑LDH催化剂在导电基底表面生长缓慢，能实现致密包覆，得到的NiFe‑LDH催化剂在海水电解制氢反应中具有更加优异的稳定性，更好地保护导电基底，可以有效防止海水中氯离子对导电基底的腐蚀。

技术研发人员：张平,包善军,王坚诚,冯仰光,刘华,林科迪
受保护的技术使用者：浙江启明电力集团有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22