[发明专利]Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位电极的制备方法

说明书

本发明提供了一种Fe(Ni)‑NCNTs@NiFe‑LDH原位电极的制备方法。先利用水浴法在碳布（CC）上制备出双层氢氧化物（Fe(Ni)‑LDH）前驱体，然后在前驱体上附着聚多巴胺（PDA），再经过化学气相沉积法（CVD法）退火制备出Fe(Ni)‑NCNTs，最后再次利用水浴法在Fe(Ni)‑NCNTs上生长出镍铁双层氢氧化物，即制备出最终样品Fe(Ni)‑NCNTs@NiFe‑LDH。本发明技术方案所需原料成本低廉、操作简单、耗时短、环境污染较小等多个优点；所制备的Fe(Ni)‑NCNTs@NiFe‑LDH原位电极具有优异的ORR和OER双性能，稳定性优异，具有丰富的活性位点，能为后续研究锌空电池提供优良的电极材料。

技术领域

本发明涉及多组分多功能材料的制备，应用属于电催化和能量转换材料与器件领域。

背景技术

鉴于全球能源短缺和气候变化问题，开发生产可持续能源的先进技术变得至关重要。可逆锌空气电池性能稳定、无污染、理论能量密度高(1084Wh·kg)，是解决当前全球能源危机和严重环境问题的有希望的替代品。然而，充电过程中固有的析氧反应(OER)动力学降低和放电过程中的氧还原反应(ORR)活性不足严重阻碍了其商业化。因此，探索高效的双功能催化剂仍然是一个巨大的挑战。

NiFe双层氢氧化物(NiFe-LDH)纳米片作为低成本非贵金属催化剂以其卓越的OER催化活性而广为人知。然而，其固有的低导电性和自团聚性，以及仅有单一OER活性无ORR性能，严重阻碍了其在可逆锌空气电池中的应用。为了克服NiFe-LDH的这些缺陷，研究人员尝试将NiFe-LDH与各种碳基质结合起来，以提高其导电性(Angew.Chem.,Int.Ed.2014,53,7584–7588.Adv.Mater.2015,27,7051–7057.)，或将其与ORR活性材料物理混合，以获得双功能性能(Energy Environ.Sci.2016,9,2020–2024)。M(Fe、Ni)-N-C基催化剂被证实是潜在的ORR催化剂，其性能甚至优于Pt/C，但其自身稳定性较差。

为提升M(Fe、Ni)-N-C基催化剂稳定性和OER性能，我们拟制备出在M-N-C表面引入NiFe-LDH催化剂即Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位电极。所制备的Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位电极拟具有优异的ORR和OER双性能，稳定性优异，具有丰富的活性位点，能为后续研究锌空电池提供优良的电极材料。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位电极的制备方法，其制备包括如下步骤：

S1、制备Fe(Ni)-LDH前驱体：将柠檬酸亚铁、尿素溶解于UP水中得到混合溶液，然后将混合溶液转移到水浴管中，将碳布完全浸入溶液中经过在一定时间和一定温度的反应制得Fe(Ni)-LDH前驱体；

S2、包裹聚多巴胺：在Tris溶液中溶入一定量的盐酸多巴胺，将负载有Fe(Ni)-LDH前驱体的碳布悬挂在混合液中，放置一段时间以附着PDA；

S3、制备Fe(Ni)-NCNTs：在氩气气氛下以双氰胺作为固氮源，利用CVD法将附着PDA的Fe(Ni)-LDH前驱体放置于管式炉中，烧结制备出Fe(Ni)-NCNTs；

S4、制备Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH原位电极：将柠檬酸亚铁、氯化镍、尿素、十六烷基三甲基溴化铵溶解于UP水中，然后将溶液转移到水浴管中，将Fe(Ni)-NCNTs完全浸入溶液中经过在一定时间和一定温度的反应制得最终样品Fe(Ni)-NCNTs@NiFe-LDH。

S1中，柠檬酸亚铁与尿素质量比为1:3-1:4，水浴的温度维持到95-100℃，时间为3-4h，优选为水浴的温度维持到95℃，时间为3h。

S1中的混合溶液中还添加有氯化镍，氯化镍的添加量氯化镍与柠檬酸亚铁浓度比为1:1-1:3。