[发明专利]一种镍锗蛇纹石复合材料的制备方法及在电催化中的应用

说明书

一种镍锗蛇纹石复合材料的制备方法及在电催化中的应用，通过选择高导电性及高强度的多孔Mo₂N作为层状Ni₃Ge₂O₅(OH)₄纳米片的支撑材料，采用水热法，得到了Mo₂N/Ni₃Ge₂O₅(OH)₄的高性能电催化OER复合材料。本发明技术关键点在于将蛇纹石型材料与一种高导电性多孔Mo₂N材料进行复合，先对Mo₂N表面进行GeO₃^2‑进行吸附，再合成Mo₂N/Ni₃Ge₂O₅(OH)₄复合材料，能有效合成紧密生长于Mo₂N的Mo₂N/Ni₃Ge₂O₅(OH)₄复合材料，且具有优异的电催化OER性能。本发明制备工艺较为简单，制备的镍锗蛇纹石复合材料在电催化OER测试中显示了高的稳定性以及较低的OER过电位，能够应用于电催化中。

技术领域

本发明涉及一种镍锗蛇纹石复合材料的制备方法及在电催化中的应用。

背景技术

为了解决传统化石燃料使用而产生的环境问题，需要寻求一种新的无污染能源来替代。氢气燃烧热值高、无污染具有很好的应用前景。电化学裂解水现在被认为是一种可行的制氢技术路线。与析氢反应(HER)相比，析氧反应(OER)动力学缓慢，是电化学全解水的决速步骤。目前，有一些贵金属及其氧化物（例如：Ir，Ru，IrO₂，RuO₂）基催化剂具有高效的OER活性。但它们的稀缺性和昂贵性限制了其商业化应用。因此，开发低成本、高效的OER催化材料成为电化学全解水研究的重点，对绿色氢能的发展具有重要意义。

目前，过渡金属基化合物如氧化物、氢氧化物、硫化物和磷化物等具有一定的OER活性且价格低廉，在OER研究方面受到了广大研究人员的关注。其中，过渡金属基层状蛇纹石材料由于其独特的层状结构，通过调节其形貌和能带可以实现高效的电催化析氧。如通过调控水热反应温度可以制备单层的镍锗蛇纹石（Ni₃Ge₂O₅(OH)₄）单层纳米片（见论文Small 2018, 14, 1803015）；通过掺入适量的Co元素可以调节Ni₃Ge₂O₅(OH)₄的能带结构实现高效的碱性和中性环境析氧（见论文Applied Catalysis B: Environmental，2020，260，118184）；以及通过将Ni₃Ge₂O₅(OH)₄单层纳米片与还原的氧化石墨烯(rGO)复合提升其稳定性和性能。

然而，Ni₃Ge₂O₅(OH)₄纳米片由于其导电性差，机械强度低，与还原的氧化石墨烯(rGO)复合后催化性能和稳定性依旧较差，阻碍了其在电催化全解水方面的应用。因此，需要设计一种能够促进导电，并能够稳定Ni₃Ge₂O₅(OH)₄纳米片的强度的复合结构，提升Ni₃Ge₂O₅(OH)₄材料的电催化性能。

发明内容