[发明专利]一种镍钴铁三元氧化物电解水复合材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种镍钴铁三元氧化物电解水复合材料及其制备方法及和应用，该复合材料是由原位生长于泡沫镍的镍钴铁三元氧化物构成，其表达式为R‑NiCoFeO@NF，属于新能源材料合成技术领域。以原位生长于泡沫镍的镍钴铁三元普鲁士蓝类似物作为模板，通过在空气中高温煅烧，以及随后的氢气热处理，得到了一种电子结构优化后的具有反尖晶石结构的镍钴铁三元氧化物。本发明的合成方法可以有效的控制镍钴铁三元氧化物的微观形貌，调节其电子结构，也丰富了镍钴铁三元氧化物的电子结构的调控方法。该复合材料同时也表现出了优异的电催化分解水的活性，其在电流密度为10mAcm^‑2时的过电位仅仅为245mV，适用于新能源的开发领域。

技术领域

本发明属于新能源纳米材料合成及电化学技术领域，具体的说，涉及一种高效的镍钴铁三元氧化物电催化分解水复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

能源与环境问题是目前困扰人类社会的两大难题。氢能作为一种既具有高能量密度又环保的清洁能源逐渐成为了化石能源的良好替代。电解水制氢作为一种理想的制氢技术却严重受到高成本催化剂的影响而发展缓慢，因此，开发出一种廉价而又高效的电解水催化剂成为了当前急需要解决的问题。

过渡金属氧化物(TMO)在光电，生物以及能源领域都表现出了十分优异的性能，因此也引起了科学家们的广泛关注。优异的电解水催化的活性，低廉的价格以及其简单的制备方法使得它成为了替代贵金属电解水催化剂的理想选择。目前，铁钴镍等过渡金属的单元，二元氧化物都已被发现具有十分良好的电解水催化活性。而相对于单元，二元氧化物，三元的铁钴镍氧化物的电子结构种类更多，相对优化选择的方向更广，更易得到高活性的电解水催化剂，因此其具有更大的研究价值和更加广泛的应用前景。但是由于其复杂的电子结构，三元氧化物的研究也进展缓慢。

因此，制备铁钴镍三元氧化物复合材料并对其电子结构进行优化进而提升其电解水催化活性成为一项很有挑战性的工作。

发明内容

本发明提供了一种高效的镍钴铁三元氧化物电解水复合材料及其合成方法和应用，解决了镍钴铁三元氧化物的形貌控制以及电子结构调控的问题。

本发明针对过渡金属氧化物形貌调控以及其电子结构调控难等问题，提供了一种以原位生长于泡沫镍的镍钴铁普鲁士蓝类似物为模板，制备具有二维-三维超级结构和特定电子结构的镍钴铁三元氧化物复合纳米材料。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：

一方面，本发明提供了一种高效的镍钴铁三元氧化物电解水复合材料，所述复合材料为具有二维-三维超级结构和特定电子结构的镍钴铁三元氧化物，记为R-NiCoFeO@NF。

另一方面，本发明还提供了该高效镍钴铁三元氧化物电解水复合材料的制备方法，主要的实施步骤如下：

(1)镍钴复合氢氧化物前驱体的制备；

(2)镍钴铁三元普鲁士蓝类似物前驱体的制备；

(3)镍钴铁三元普鲁士蓝类似物在空气中的高温煅烧制备镍钴铁三元氧化物；

(4)步骤(3)所得三元氧化物的高温氢处理优化其电子结构制备R-NiCoFeO@NF。

而该高效的镍钴铁三元氧化物电解水复合材料的具体方法如下：

(1)镍钴复合氢氧化物前驱体的制备方法如下：将泡沫镍事先用丙酮与盐酸的混合溶液超声清洗20～30分钟，以去除泡沫镍表面的油脂以及氧化层。将六水合硝酸钴，六水合硝酸镍，氟化铵和尿素按照摩尔比为1:1:5:10溶于去离子水中，搅拌20～40分钟，得到溶液A。将溶液A转移至反应釜中，将事先处理好的泡沫镍放入溶液中，放入烘箱，在120摄氏度反应4～8小时，反应结束后待反应釜冷却至室温，取出泡沫镍，用去离子水和无水乙醇清洗3～4次，放入真空烘箱在50～70摄氏度下烘10～15个小时，即得到镍钴氢氧化物的前驱体，记为NiCo-OH@NF。