[发明专利]一种CoNiFeS-OH纳米阵列材料的制备及其在OER、UOR和全水解方面的应用

说明书

本发明公开了一种CoNiFeS‑OH纳米阵列材料的制备及其在OER、UOR和全水解方面的应用，将钴盐、镍盐、尿素溶于乙二醇和去离子水的混合溶剂中，超声搅拌至溶液呈红色，向其中加入泡沫镍，于165～175℃水热反应8～12h，反应结束后，取出泡沫镍清洗干净；将铁盐、硫脲溶于乙醇中，超声搅拌至溶液变成乳白色，向其中加入泡沫镍，于165～175℃溶剂热反应8～12h，反应结束取出泡沫镍清洗干净后干燥，即可得到附着在泡沫镍上的CoNiFeS‑OH纳米阵列材料；其具有较大的比表面积，其独特的异质结结构，提供了大量的催化活性位点，具有良好的催化活性，且其制备工艺较为简单，反应条件温和，适用于大规模合成。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种CoNiFeS-OH纳米阵列材料的制备及其在OER、UOR和全水解方面的应用。

背景技术

化石燃料的不断消耗加剧了环境退化和能源危机。因此，生态环境可持续发展，清洁能源可持续利用成为人们不断追寻的方向。由于其高能量密度和无污染物排放，氢能量被称为清洁和可持续的能量。电化学水分解由可再生能源的电力供电。水分裂包括在阴极的析氢反应(HER)和阳极析氧反应(OER)，但需要过电位来超越高激活能量屏障，特别是对于缓慢的OER。因此，开发高效催化剂至关重要以促进反应动力学和能量转换效率。

目前大规模商业应用仍是以高成本和高稀缺的Pt、Ir、Ru基氧化物在内的贵金属材料作催化剂。为了改善这一窘困局面，对过渡金属的研究也在不断深入，通过不同的方法来不断优化材料本身的局限性，包含有：氢氧化物，磷化物，硫化物，氮化物等。相较于贵金属而言，过渡金属具有应用范围广、地壳储量丰富和价格低廉的优点。

此外，尿素电解已经被广泛研究，因为与电解水的应用相似，尿素电解不仅可以获得可持续的清洁H₂，而且还可以用来净化富含尿素的废水，所以被广泛研究。对于尿素电解，理论上UOR的电极电位为0.37V，低于OER(1.23V，相对于RHE)。因此，与水电解相比，尿素电解可以实现更高的能量转换效率。

但是目前，能够用来同时实现电解水析氢产氧和催化尿素氧化的催化剂较少。

发明内容

本发明的目的在于提供一种CoNiFeS-OH纳米阵列材料及其制备方法，通过两步水热反应制备出针尖状纳米阵列、且针尖状纳米阵列上附着了分层的纳米片形貌的CoNiFeS-OH纳米阵列材料，其具有较大的比表面积，其独特的异质结结构，提供了大量的催化活性位点，其制备工艺较为简单，反应条件温和，适用于大规模合成。

本发明的目的还在于提供所述CoNiFeS-OH纳米阵列材料在催化电解水或电催化全解水中的应用。

本发明的目的还在于提供所述CoNiFeS-OH纳米阵列材料在催化尿素氧化中的应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种CoNiFeS-OH纳米阵列材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将钴盐、镍盐、尿素溶于乙二醇和去离子水的混合溶剂中，超声搅拌至溶液呈红色，向其中加入泡沫镍，于165～175℃水热反应8～12h，反应结束后，取出泡沫镍清洗干净；

(2)将铁盐、硫脲溶于无水乙醇中，超声搅拌至溶液变成乳白色，向其中加入步骤(1)得到的泡沫镍，于165～175℃溶剂热反应8～12h，反应结束取出泡沫镍清洗干净后干燥，即可得到附着在泡沫镍上的CoNiFeS-OH纳米阵列材料。

所述钴盐、镍盐、铁盐分别为六水合硝酸钴、六水合硝酸镍、九水合硝酸铁。

所述钴盐、镍盐、尿素、铁盐、硫脲的物质的量之比为(1.5～2.5):1:(2.5～3.5):(0.15～0.35):(1.5～2.5)。

所述钴盐、镍盐、尿素、铁盐、硫脲的物质的量之比优选为2:1:3:0.25:2。