一种Fe-Co双金属磷化物电极材料及其制备和应用

技术领域

本发明属于过渡金属磷化物电极材料制备以及在海水全分解应用技术领域，涉及一种以泡沫镍为基质水热生长后煅烧具有高比表面积的Ni@FeCo-P电极材料的合成方法以及在海水全分解中的应用。

背景技术

海水是地球上最丰富的自然资源之一。海水电解不仅是一种产生清洁氢能的有前途的方法，而且对海水淡化具有重要意义。海水电解的实施需要强大而有效的电催化剂，由于过渡金属磷化物具有极大的比表面积和热力学稳定性，优良的导电性，在海水全分解方面有着独特的优势，因此得到了广泛的研究。不同于传统制氢工艺的高能耗、生产效率低等缺点，电催化海水分解制氢工艺简单、价格低廉且对环境友好。本文通过水热法将原料直接生长在泡沫镍上，并通过高温煅烧合成过渡金属磷化物电极材料，并研究了该种纳米电极材料应用于海水全分解中的电化学性能。

发明内容

本发明旨在提供一种泡沫镍为基质，通过水热法原位生长并高温煅烧制备纳米片状Ni@FeCo-P复合材料；本发明还提供了纳米片状Ni@FeCo-P纳米电极材料的制备方法及其在海水全分解中应用，首先通过直接水热法制备了生长在泡沫镍上的FeCo(OH)

本发明采用的技术方案是：

通过水热法和热处理工艺在泡沫镍上直接原位生长出FeCo(OH)

本发明所述的纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)泡沫镍的预处理：将裁剪好的泡沫镍分别在丙酮，盐酸和去离子水中超声洗涤，以去除表面的杂质和氧化层，并用去离子水冲洗至中性，干燥放置备用。

(2)FeCo(OH)x前驱体的合成：以水和DMSO混合溶液为溶剂，将洗净的泡沫镍在含有Fe

(3)Ni@FeCo-P的合成：将包覆前驱体的泡沫镍和NaH

本发明所述的纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)泡沫镍预处理过程具体为：首先，将尺寸为3×3.4×0.15cm

本发明所述的纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(2)FeCo(OH)x前驱体的合成具体为：将1-3mM Fe(NO

本发明所述的纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的制备方法，其特征在于：步骤(3)Ni@FeCo-P电极材料的合成具体为：将包覆前驱体的泡沫镍和NaH

本发明所述的纳米片状Ni@FeCo-P电极材料在海水全分解的应用，包括以下步骤：

(a)三电极体系下电化学性能的检测：通过电化学工作站(CHI760E)以三电极体系研究了纳米片状Ni@FeCo-P对析氢反应和析氧反应的电催化活性。OER和HER的两个半反应分别在室温下在标准三电极系统中进行，工作电极均为制备好的纳米片状Ni@FeCo-P电极，在析氢反应中使用石墨棒作为对电极，在析氧反应中使用铂片电极为对电极，标准Hg/HgO电极作为参考电极。使用1-2M KOH作为电解质，pH约为14。所有测试均在上述电解质溶液中进行。

(b)二电极体系下电化学性能的检测：通过电化学工作站(CHI760E)以二电极体系研究了纳米片状Ni@FeCo-P在海水中对析氢反应和析氧反应的电催化活性。OER和HER的两个半反应分别在室温下在标准二电极系统中进行，工作电极均为制备好的纳米片状Ni@FeCo-P电极，使用1-2M KOH+0.5-1M NaCl作为电解质，pH约为14。所有测试均在上述电解质溶液中进行。同时也测试了在材料的v-t曲线，观察长时间工作环境下材料的稳定性。

本发明有益效果

本发明所述的片状Ni@FeCo-P电极材料，由于在泡沫镍表面直接生长出FeCo(OH)

附图说明

图1为实施例1中纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的X射线衍射图(XRD)；

图2为实施例1中纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的XPS；

图3为实施例1中纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的扫描电子显微镜照片；

图4为实施例1中纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的线性扫描伏安图；

图5为实施例1中纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的塔菲尔斜率图；

图6为实施例1中纳米片状Ni@FeCo-P电极材料在海水中线性扫描伏安图；

图7为实施例1中纳米片状Ni@FeCo-P电极材料在不同电解液中的OER线性扫描伏安图；

图8位实施例1种纳米片状Ni@FeCo-P电极材料作为催化剂对海水全分解的计时电位v-t曲线

图9为实施例1中纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的EIS图；

具体实施方法

实施例1

一种纳米片状结构Ni@FeCo-P复合材料，通过简单和低成本的水热法和热处理工艺在泡沫镍上原位生长出FeCo(OH)

本发明所述的纳米片状Ni@FeCo-P电极材料的制备方法，包括以下步骤：(1)泡沫镍预处理过程具体为：首先，将尺寸为3×3.4×0.15cm

(2)FeCo(OH)x前驱体的合成具体为：将1mM Fe(NO

(3)Ni@FeCo-P电极材料的合成具体为：将包覆前驱体的泡沫镍和1g NaH

本发明所述的纳米片状结构Ni@FeCo-P复合材料在海水全分解中的应用，包括以下步骤：

(a)通过电化学工作站(CHI760E)以三电极体系研究了Ni@FeCo-P对析氢反应和析氧反应的电催化活性。所有测试均在1M KOH电解质溶液(PH＝14)中进行，工作电极均为制备好的Ni@FeCo-P电极，在析氢反应中使用石墨棒作为对电极，在析氧反应中使用铂片电极为对电极，标准Hg/HgO电极作为参考电极，对材料进行了HER，OER测试。不同扫描速率的CV测试电化学窗口：0-0.8V；EIS测试频率范围：0.01Hz-100000Hz，振幅：2m V。

(b)通过电化学工作站(CHI760E)以二电极体系研究了Ni@FeCo-P对析氢反应和析氧反应的电催化活性。所有测试均在1M KOH+0.5M NaCl电解质溶液(PH＝14)中进行，工作电极均为制备好的Ni@FeCo-P电极，对材料进行了HER，OER测试。不同扫描速率的CV测试电化学窗口:0-0.8V；EIS测试频率范围:0.01Hz-100000Hz，振幅：2mV。

(c)运用两电极法对制作完成的电极材料进行v-t测试，并在100mA·cm

实施例2

本实例所述的纳米片状结构FeCo-P复合材料的制备方法，除步骤(2)硝酸钴质量变为1mM，其它如实施例1。

本实施例所述的纳米片状结构FeCo-P复合材料的制备方法的应用，同实施例1。

实施例3

本实例所述的纳米片状结构Fe

本实施例所述的纳米片状结构Fe

实施例4

本实例所述的纳米片状结构FeCo

本实施例所述的纳米片状结构FeCo

实施例5

本实例所述的纳米片状结构FeCo

本实施例所述的纳米片状结构FeCo

实施例6

本实例所述的纳米片状结构FeCo

本实施例所述的纳米片状结构FeCo

实施例7

本实例所述的纳米片状结构FeCo

本实施例所述的纳米片状结构FeCo

实施例8

本实例所述的纳米片状结构FeCo

本实施例所述的纳米片状结构FeCo

实施例9

本实例所述的纳米片状结构FeCo

本实施例所述的纳米片状结构FeCo

图1显示了Ni@FeCo-P复合材料的XRD图案。样品均显示了三个明显的强衍射峰，来源于泡沫镍。线a为FeCo未煅烧的XRD图，与FeOOH吻合，钴掺杂后，部分衍射峰发生偏移。同时FeCo(OH)

图2a为Ni@FeCo-P复合材料X射线光电子能谱分析全谱图，谱图中含有Fe、Co、P、O的特征峰,峰值是721.1，782.1，134.1eV分别对应于Fe2p、Co2p和P2p。如图2b中可以看出，在712.4eV和724.7eV处的结合能归因于Fe

图3显示了FeCo

图4a显示了不同电极材料的HER的线性扫描安图。在N

图5显示了不同电极材料的塔菲斜率。塔菲尔斜率代表评估HER反应动力学的重要因素。Tafel斜率越小，表示材料反应动力学越好。在HER反应中，FeCo

图6是纳米片状FeCo

图7是纳米片状Ni@FeCo-P电极材料在不同电解液中的OER线性扫描伏安图，在1M·L

图8显示了纳米片状Ni@FeCo-P电极材料作为催化剂对海水全分解的计时电位v-t曲线，a曲线显示了复合材料在1M·L

图9比较了各种Fe/Co/P摩尔比合成的样品交流阻抗的测试谱图。HER，OER的催化活性还受制氢过程中电子传输的影响,该测试谱图的横轴代表阻抗的实部，纵轴代表阻抗的虚部。高频区曲线与阻抗实轴的交点，所代表的物理意义为等效串联电阻，具体包括电极材料的内部电阻、电解液的电阻以及电极材料与集流体之间的接触电阻。由图可以看出FeCo

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。