本發(fā)明屬于水電解和新能源材料，尤其涉及一種三維cuo@ni(oh)2@feooh多級納米線陣列電極及其制備方法和應用。

背景技術：

1、水電解制氫是一種實現(xiàn)能源形式創(chuàng)新替代的有效方法，可以有效地儲存太陽能、風能等可持續(xù)但間歇性的能源。然而，由于析氧反應(oer)和析氫反應(her)的能量勢壘高，特別是oer動力學緩慢和過電位較高，導致實際應用的電解電壓遠高于理論值(1.23v)。通常需要貴金屬來達到較高的電催化活性和較低的過電位，但貴金屬的稀缺性進一步阻礙了大規(guī)模應用。因此，近年來有大量研究致力于開發(fā)過渡金屬基電催化劑來替代貴金屬基催化劑。在各種非貴金屬電催化劑中，鎳鐵基納米材料因其成本低、儲量豐富，受到了廣泛的關注。例如，鎳鐵基(氧)氫氧化物由于其獨特的層狀結(jié)構(gòu)和可調(diào)控的電子結(jié)構(gòu)，是一類具有前景的貴金屬替代品。電催化劑的催化活性主要受兩個方面的影響。一個是催化活性位的內(nèi)在活性，它取決于活性物種的幾何/電子結(jié)構(gòu)。另一個是活性位的數(shù)量，這與催化電極的微/納米結(jié)構(gòu)高度相關。為了提高催化性能，人們從不同尺度的形態(tài)、缺陷、異質(zhì)結(jié)構(gòu)等多種策略展開研究。

2、此外，研究表明用更容易氧化的有機小分子，如尿素、乙醇、胺和聯(lián)氨代替水分子，也為節(jié)能制氫開辟了另一條道路。特別是，與傳統(tǒng)的oer相比，尿素氧化反應(uor：co(nh2)2+6oh-→n2+5h2o+co2+6e-)具有超低的理論分解電壓(0.37v?vs.rhe)。可見，尿素氧化耦合水電解是一種很有前途的節(jié)能制氫技術。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要目的在于提供一種三維cuo@ni(oh)2@feooh多級納米線陣列電極的制備方法及應用，以解決現(xiàn)有的電解水陽極材料反映速率慢、穩(wěn)定性差的問題。

2、根據(jù)本發(fā)明實施例提出一種三維cuo@ni(oh)2@feooh多級納米線陣列電極的制備方法，其包括：將預處理好的泡沫銅放置在一定濃度的氫氧化鉀或氫氧化鈉和過硫酸銨混合溶液中反應一段時間，得到cu(oh)2納米線陣列電極；將所述電極放入馬弗爐中升溫至目標溫度并保持一定時間得到cuo納米線陣列電極；將所述cuo納米線陣列電極置于鎳鹽基電解質(zhì)溶液中，在特定電勢下電沉積得到cuo@ni(oh)2納米線陣列電極；將所述cuo@ni(oh)2納米線陣列電極置于電解質(zhì)溶液中，在特定電勢下電沉積得到cuo@ni(oh)2@feooh納米線陣列電極。

3、其中，氫氧化鉀或氫氧化鈉的濃度為1～3m，過硫酸銨的濃度為0.05～0.15m。混合溶液的總體積為50～200ml。反應時間為10～60min。

4、其中，馬弗爐升溫速率為2～10℃·min-1；目標溫度為100～250℃；保溫時間為0.5～3h。

5、其中，鎳鹽包括但不局限于硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳；溶液濃度為0.1～0.3m；溶液體積為80～150ml；沉積電勢為-0.9～-1.5v?vs.rhe；電沉積時間為60～600s。

6、其中，電解質(zhì)為乙酸鹽和亞鐵鹽混合溶液，其中乙酸鹽包括但不局限于乙酸鉀、乙酸鈉，濃度為5～20mm。亞鐵鹽包括但不局限于硫酸亞鐵，硝酸亞鐵，氯化亞鐵，濃度為0.5～3mm。溶液總體積為80～150ml；電沉積電勢為-0.9～-1.5v?vs.rhe；電沉積時間為10～300s。

7、根據(jù)本發(fā)明實施例還提出一種根據(jù)以上所述的制備方法得到的三維cuo@ni(oh)2@feooh納米線陣列電極，作為陽極材料用于析氧反應和尿素電氧化反應。

8、根據(jù)本發(fā)明的技術方案，通過將化學氧化-熱處理-電沉積相結(jié)合，獲得的三維納米陣列電極具有分級多孔結(jié)構(gòu)和較高的比表面積，表現(xiàn)優(yōu)異的電催化活性和耐久性，拓寬了ni-fe雙金屬材料作為水電解陽極催化材料的合成策略。

技術特征：

1.一種三維cuo@ni(oh)2@feooh多級納米線陣列電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟s1中，氫氧化鉀或氫氧化鈉的濃度為1～3m，過硫酸銨的濃度為0.05～0.15m。混合溶液的總體積為50～200ml。反應時間為10～60min。

3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟s2中，升溫速率為2～10℃·min-1；目標溫度為100～250℃；保溫時間為0.5～3h。

4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟s3中，鎳鹽包括但不局限于硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳；溶液濃度為0.1～0.3m；溶液體積為80～150ml；沉積電勢為-0.9～-1.5v?vs.rhe；電沉積時間為60～600s。

5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，其特征在于：步驟s4中，電解質(zhì)為乙酸鹽和亞鐵鹽混合溶液，其中乙酸鹽包括但不局限于乙酸鉀、乙酸鈉，濃度為5～20mm。亞鐵鹽包括但不局限于硫酸亞鐵，硝酸亞鐵，氯化亞鐵，濃度為0.5～3mm。溶液總體積為80～150ml；電沉積電勢為-0.9～-1.5vvs.rhe；電沉積時間為10～300s。

6.權利要求1-5任一項所述的制備方法制得的三維cuo@ni(oh)2@feooh多級納米線陣列電極材料。

7.權利要求6所述的三維cuo@ni(oh)2@feooh多級納米線陣列電極在水電解和新能源材料領域中的應用。

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及一種三維CuO@Ni(OH)<subgt;2</subgt;@FeOOH多級納米線陣列電極及其制備方法和應用，屬于水電解和新能源材料領域。首先，將泡沫銅放置在氫氧化鉀(鈉)和過硫酸銨混合溶液中反應，制得Cu(OH)<subgt;2</subgt;納米線陣列電極；其次，將所述電極放在馬弗爐中煅燒，得到CuO納米線陣列電極；然后，在CuO納米線上依次電沉積Ni(OH)<subgt;2</subgt;和FeOOH納米層，得到三維CuO@Ni(OH)<subgt;2</subgt;@FeOOH多級納米線陣列電極。該催化劑中，Ni(OH)<subgt;2</subgt;納米層和CuO納米線、FeOOH與Ni(OH)<subgt;2</subgt;納米層緊密結(jié)合并充分接觸，形成獨特的三層電纜結(jié)構(gòu)。通過本發(fā)明所制備的自支撐電極材料具有優(yōu)異的導電性和電催化活性，以及良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。該方法工藝簡單、可調(diào)控性強，在水電解和新能源領域有著不可忽視應用前景。

技術研發(fā)人員：劉颯,黃雙飛,韓雪梅,郭春雪,錢涵,趙蕓帆,趙新生,朱平
受保護的技術使用者：江蘇師范大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6