[发明专利]一种NiFe LDH负载铂钌双原子电催化材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种NiFe LDH负载铂钌双原子电催化材料及其制备方法，属于电化学催化技术领域。该NiFe LDH负载铂钌双原子电催化材料的制备方法，包括以下步骤：S1：将氧化碳纳米管分散在氮气饱和的水中制备得到氧化碳纳米管悬浮液；S2：将九水合硝酸铁、六水合硝酸镍、氟化铵以及六亚甲基四胺与氧化碳纳米管悬浮液混合，进行反应，得到镍铁双氢氧化物/碳纳米管复合材料；S3：在氮气保护的环境下，在步骤S2中得到的镍铁双氢氧化物/碳纳米管复合材料中加入三水合三氯化钌，进行反应，得到钌@镍铁双氢氧化物/碳纳米管复合材料；S4：在氮气保护的环境下，在步骤S3中得到的钌@镍铁双氢氧化物/碳纳米管复合材料中加入六水合氯铂酸，进行反应，得到铂钌@镍铁双氢氧化物/碳纳米管复合材料。制备方法简单易于大规模生产，得到的产物具有良好的导电性和催化活性。

技术领域

本发明属于电化学催化技术领域，具体涉及一种NiFe LDH负载铂钌双原子电催化材料及其制备方法。

背景技术

化石能源的过度使用造成空气污染日益严重，严重危害了人们的生活和身体健康，并且人类正面临着严重的环境问题和能源匮乏的危机。特别地，我国“碳达峰”任务艰巨，实现“碳中和”迫切需要发展高效清洁可持续能源。氢能作为一种清洁的二次能源，具有能量密度大、零污染、零碳排等优点，并且氢能易于运输和储存，是理想的新型替代能源。电解水制氢技术因其反应温和，能量转化效率高，受到了人们的广泛关注。电化学分解水反应由阴极的析氢反应和阳极的析氧反应组成。目前，贵金属铂仍是电催化析氢反应的主要催化剂，但是因其高昂的价格，较低的储量以及稳定性不足，严重阻碍了电解水制氢技术的大规模发展(Adv.Mater.2018,30,1706279)。因此，开发低含量的铂基高效析氢催化剂仍十分必要。

层状镍铁氢氧化物因其开放性结构方便催化剂与电解液接触，有利于液相中参与反应的物种扩散。铁元素d电子层容易失去/获取电子，具有较强的还原/氧化能力，易于形成缺陷结构，能够有效的固定贵金属原子。把贵金属分散在层状镍铁氢氧化物上，一方面提高了复合催化剂的催化性能，另一方面提高了贵金属的利用率，是构筑高效催化剂的有效办法。Feng等人通过合成NiFeRu-LDH，使得一部分Ru进入到NiFe-LDH的晶格中(Adv.Mater.2018,30,1706279)。Ru的引入降低了Volmer步骤的反应能垒，使得析氢效率大大提高。Wang等人在NiFe-LDH层间引入了Pt单原子(Energy Environ.Sci.,2021,14,6428-6440)，层间的Pt单原子增强了LDH载体的电子转移，加速了水的分解。此外，Ma等人在α相的镍铁双氢氧化物中原位引入Pt单原子(Adv.Funct.Mater.2022,2203342)，Pt单原子作为析氢反应的高活性位点，大大增强了复合材料的析氢性能。但是，现有的层状镍铁氢氧化物催化性能仍有待提升，不利于大规模推广应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种NiFe LDH负载铂钌双原子电催化材料，以解决现有的层状镍铁氢氧化物电化学析氢性能较差，不适于大规模推广应用的技术问题。

本发明的另一个目的是提供一种NiFe LDH负载铂钌双原子电催化材料的制备方法。

为了实现以上目的，本发明采取的技术方案为：

一种NiFe LDH负载铂钌双原子电催化材料的制备方法，包括以下步骤：

S1：将氧化碳纳米管分散在氮气饱和的水中制备得到氧化碳纳米管悬浮液；

S2：将九水合硝酸铁、六水合硝酸镍、氟化铵以及六亚甲基四胺与氧化碳纳米管悬浮液混合，进行反应，得到镍铁双氢氧化物/碳纳米管复合材料；

S3：在氮气保护的环境下，在步骤S2中得到的镍铁双氢氧化物/碳纳米管复合材料中加入三水合三氯化钌，进行反应，得到钌@镍铁双氢氧化物/碳纳米管复合材料；