[发明专利]一种钴镍层状双氢氧化物非晶结构的控制方法

说明书

本发明提供了一种含有非晶结构钴镍层状双氢氧化物制备方法。主要特点是以硝酸钴、尿素、氟化铵、泡沫镍为原料，利用水热过程制备出钴镍层状双氢氧化物，再通过电氧化处理在钴镍层状双氢氧化物边缘区域得到非晶结构。主要原理：原料在水热处理过程中发生氧化还原反应得到钴镍的双氢氧化物，再对产物进行电氧化处理，改变了钴离子的化学价态，能得到含有非晶结构钴镍层状双氢氧化物。非晶结构的出现增加了活性位点，提高其比表面积，解决了双氢氧化物催化性能不足的问题。该方法具有操作简单，产物非晶程度可控等优点。

技术领域

本发明涉及到利用水热法以及电氧化法制备含有非晶结构的钴镍层状双氢氧化物的制备方法，属于材料制备的技术领域。

背景技术

目前，化石燃料的巨大消耗是一个人们所关心的问题，也是影响碳中和经济的关键环节。氢能因为其高能量密度、环境友好性以及来源的丰富性的优点，使它成为传统化石能源最有潜力的替代品之一。电解水是大规模制造氢气的一个有效方法，电解水过程分为析氢反应和析氧反应，这两个反应都是需要合适的催化剂来保证反应高效快速以及稳定进行。与析氢反应不同，析氧反应具有较低的能量转换效率和缓慢的动力学，这是因为氧气的形成伴随着四个电子转移。高效析氧反应催化剂的开发可以大大提高电解水产生氢气的速率和能量转换效率。迄今为止，贵金属基材料被认为是最有效的电解水的催化剂(如用于析氢反应的铂以及用于析氧反应的二氧化钌等)。然而，由于贵金属基材料的高成本性和稀缺性，限制了其广泛应用。因此设计和制备高效的非贵金属基催化剂是必不可少的。

在众多优良的电催化剂中，CoNi层状双氢氧化物(LDH)，由于其在化学成分、形态和厚度方面的灵活可调性，已被显著验证为OER的可实现电催化剂，引起了研究人员的广泛关注。Chu(Zhang X,Fan J J,Lu X Y,et al.Bridging NiCo layered double hydroxidesand Ni3S2 for bifunctional electrocatalysts:The role of vertical graphene[J].Chemical Engineering Journal,2021,415.)等人报道了一种混合型Ni₃S₂/垂直Graphene@CoNi-LDH催化剂。垂直石墨烯的引入可以促进电荷和离子的传输，并可以形成优化的二维异质结构。Hu(Hu L Y,Li M Y,Wei X Q,et al.Modulating interfacialelectronic structure of CoNi LDH nanosheets with Ti3C2Tx MXene for enhancingwater oxidation catalysis[J].Chemical Engineering Journal,2020,398.)等人发现了复合材料Ti₃C₂T_x MXene@CoNi-LDH具有优异的OER性能。通过使用Ti₃C₂T_x MXene作为载体，导致显著的电子耦合和强烈的界面相互作用，可以进一步增强CoNi-LDH的OER活性。然而，LDH本身的催化活性还不够，本发明用水热法以及电氧化法合成了含有非晶结构的钴镍层状双氢氧化物，使材料的析氧性能进一步增加。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含有非晶结构的钴镍层状双氢氧化物的的简单制备方法，主要特点是以硝酸钴、氟化铵、尿素为原料，利用水热过程，就可以制备出钴镍层状双氢氧化物，经电氧化处理得到非晶层。

具体步骤是：

(1)钴镍层状双氢氧化物的制备

用一定量的稀盐酸、丙酮以及乙醇依次将泡沫镍清洗，清洗后的泡沫镍在60℃的条件下真空干燥；按比例将硝酸钴、尿素以及氟化铵溶解于50mL去离子水中配成溶液，将清洗后的泡沫镍放置其中混合均匀，并一起转移到聚四氟乙烯反应釜中，在120℃下反应6h，就可以得到钴镍层状双氢氧化物。

(2)电氧化处理得到非晶结构