[发明专利]一种用于宽范围全解水的镍钒双金属氢氧化物电极及其制备方法和应用

说明书

本发明公开一种用于宽范围全解水的镍钒双金属氢氧化物电极及其制备方法和应用，1)泡沫镍预处理；2)将钒源、镍源、碱源均匀混合后溶解到水中，加入二甲基甲酰胺搅拌均匀得到溶液A；3)调节溶液A的pH值将处理的泡沫镍放入其中，并进行水热反应，经过洗涤并烘干，得到双金属氢氧化物电极；本发明采用水热法直接合成的最终样品，其反应过程简易、合成温度低、不需要大型的设备和苛刻的条件等特点，对环境友好、成本低，适合大规模生产；制备的镍钒双金属氢氧化物电极在碱性和中性条件下同时具有良好的全解水性能。

技术领域

本发明属于电催化材料领域，具体涉及一种用于宽范围全解水的镍钒双金属氢氧化物电极及其制备方法和应用。

背景技术

由于化石燃料对环境和人类健康的不利影响，开发可行性再生能源是科学界不可避免的问题。化石燃料的燃烧产生大量的污染物气体，如氮氧化物、碳氧化物和硫氧化物等。很长一段时间以来，研究人员一直在努力寻找可再生、清洁和碳中性能源以避免灾难性的气候变化。氢具有最大的能量密度，可以燃烧释放能量而不产生任何有害的副产物。事实上，水是目前公认的最丰富的资源，可通过电催化或光催化的水分解来产生氢气。在电学系统里，外部电路通常提供能量来实现水的裂解，包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。贵金属或合金，如铂(Pt)、钯(Pd)、钌(Ru)和铱(Ir)，历来是酸性或碱性电解质中最有效的水裂解催化剂，但这些金属的丰度低，因此高成本阻碍了它们的长期的使用。因此，由地球上丰富的材料组成的高效电催化剂对于水分解装置的发展至关重要。^[1]

作为镍氧化物家族中一类典型的材料，双金属氢氧化物(LDH)是典型的二维层状材料、具有独特的物理和化学性能、拥有较高的比表面积和独特的电子特性被认为是一类非常有潜力的高性能电极材料，并且在电催化和能源储存领域吸引了广泛的关注。^[2]近几年，一种新兴的镍钒双金属氢氧化物(NiV-LDH)由于具备独特的物理和化学性能，在超级电容器、二次电池及电催化等能源转换和电化学储能中均表现出良好的应用前景。目前，LDHs在碱性条件下对阳极OER显示出优越的催化性能，通过调控电子结构、催化剂界面、形貌等逐渐开发出了高效的碱性全解水电催化剂，但是其在碱性和中性条件下同时具备全解水的电催化HER和OER性能还没有人报道。

[1]Faber M S,Jin S.Earth-abundant inorganic electrocatalysts andtheir nanostructures for energy conversion applications[J].EnergyEnvironmental Science,2014,7(11):3519-3542.

[2]周伶俐,谢瑞刚,王林江.层状双金属氢氧化物在电催化中的应用[J].化学进展,2019,31(Z1):63-70.

发明内容

本发明目的在于提出一种的制备工艺简单，成本低、过程容易控制的用于宽范围全解水的镍钒双金属氢氧化物电极及其制备方法和应用，制备的山丘状原位镍钒双金属氢氧化物催化剂在碱性和中性条件下同时具有良好的全解水性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案。

一种用于宽范围全解水的镍钒双金属氢氧化物电极的制备方法，包括如下步骤：

1)泡沫镍预处理；

2)将70～75mg钒源、145～150mg镍源、80～85mg碱源均匀混合后溶解到水中，加入1.5～2mL的二甲基甲酰胺搅拌均匀得到溶液A；

3)调节溶液A的pH值为4.3～4.7并倒入内衬中，再将经步骤1)处理的泡沫镍放入其中，并进行水热反应，水热反应温度为120～125℃，时间为23～25h；

4)待水热反应结束冷却后，取出反应后的产物泡沫镍，经过洗涤并烘干，得到用于宽范围全解水的镍钒双金属氢氧化物电极。