[发明专利]镍钴层状双金属氢氧化物/石墨烯电催化剂的制备方法

说明书

本发明提供镍钴层状双金属氢氧化物/石墨烯电催化剂的制备方法，属于电催化剂技术领域。本发明的方法包括以下步骤：通过超声波将石墨烯和硝酸钴均匀分散于甲醇溶剂中，得超声液；将超声液加入到二甲基咪唑的甲醇溶液中，搅匀后静置，然后离心、洗涤和干燥得ZIF‑67/石墨烯复合材料；将ZIF‑67/石墨烯复合材料和镍盐混合溶解于溶剂中，回流反应，然后离心分离，所得沉淀用无水乙醇洗涤，干燥得到纳米形貌的NiCo LDH/G复合材料。本发明的方法克服了现有合成方法设备要求高、需要高温高压、需要价格昂贵的表面活性剂的缺点，相比现有技术具有工艺简单、成本低廉、反应过程容易控制等优点，适用于工业化大规模的生产。

【技术领域】

本发明涉及电催化剂技术领域，具体涉及镍钴层状双金属氢氧化物/石墨烯电催化剂的制备方法。

【背景技术】

电催化分解水制氢是解决环境污染和能源危机的有效途径之一。电催化析氧反应能够为分解水制氢提供质子和电子，但其涉及四个电子和四个质子的转移，在热力学和动力学上都很难进行，限制了整个电解水反应的速率。目前用于电催化析氧反应的催化剂主要是IrO₂和RuO₂等贵金属氧化物，但是这些贵金属在自然界中非常稀少，使得电催化分解水成本过高。因此，迫切需要开发高效、廉价、易获取和稳定的非贵金属析氧电催化剂。

层状双金属氧化物(Layered Double Hydroxides,LDH)，又名水滑石类化合物，是一类二维阴离子粘土材料，由带正电荷的氢氧化物层和与之对应的层间抗衡阴离子组成。由于其具有特殊的层状结构、层间阴离子多样性和可调性等优点，引起了众多研究者的兴趣。最近，NiFe LDH、CoMn LDH、ZnCo LDH、NiCo LDH和CoFe LDH等，被认为是有前景的电催化析氧材料。但是在实际应用中，LDH催化剂材料本身导电性差和比表面积小，限制了电催化性能的提升。为了克服以上缺点，研究者一般通过两种途径。一种是纳米化；另一种是和一些碳材料如石墨烯或者碳纳米管等材料复合，一方面可以提高复合材料的导电性，另一方面可以增加材料的比表面积，进而增加电催化活性位点。石墨烯是一种由sp²杂化碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体材料，具有超高的导电性(～10⁶S cm^-1)和大的比表面积(～2600m²g^-1)。将LDH和石墨烯复合能够极大地提高电催化反应中的电子和离子的传输速度。而且带正电荷的LDH与带负电荷具有残余官能团的石墨烯在超声剥离等外力下可以实现分子级别的静电堆积，使得LDH中的过渡金属活性中心与石墨烯中的碳原子紧密接触，极大地提高电解液和催化剂材料的浸润性，进而提高其电化学性能。但是LDH/石墨烯复合材料的合成方法主要集中在水热反应、共沉淀反应、层层组装和剥离堆积等，以上这些方法对设备要求高、需要高温高压、需要价格昂贵的表面活性剂且一般所制得的复合材料分散性差，因此，难以大规模生产和限制了其电催化性能的提高。

【发明内容】

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供镍钴层状双金属氢氧化物/石墨烯电催化剂的制备方法，本发明的方法克服了现有合成方法设备要求高、需要高温高压、需要价格昂贵的表面活性剂的缺点，相比现有技术具有工艺简单、成本低廉、反应过程容易控制等优点，适用于工业化大规模的生产。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

镍钴层状双金属氢氧化物/石墨烯电催化剂的制备方法，以咪唑类金属有机框架ZIF-67为前躯体，包括以下步骤：

1)称取一定量的石墨烯和硝酸钴，通过超声波将以上两种物质均匀分散于甲醇溶剂中，得超声液；

2)将步骤1)制备的超声液加入到二甲基咪唑的甲醇溶液中，搅拌均匀后，静置一段时间，然后离心、洗涤和干燥得ZIF-67/石墨烯复合材料；