一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极及其制备方法和应用，属于能源储能材料技术领域。包括以下步骤：将镍盐、钴盐、钼酸盐、尿素和水混合，得到混合溶液；将所述混合溶液和泡沫镍混合，进行水热反应，得到所述具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极。本发明专利技术针对LDH材料碱性条件下HER活性较低的问题，开发高活性碱性HER催化剂，在泡沫镍上原位生长的LDH纳米片材料具有晶格应变，通过Mo元素掺杂，在Mo原子给电子的作用下，调节材料的电子结构，降低水分子的分裂能，此外，Mo原子和吸附H具有较强的耦合作用，可以形成强Mo

【技术实现步骤摘要】
一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及能源储能材料
，尤其涉及一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]电化学水分解作为产氢技术之一，为氢能转换和储存提供了一种可持续的方式，对应对日益紧缺的化石能源非常重要。在电解水装置中，能量效率与负极上的氢逸出反应(HER)和正极上的氧溢出(OER)反应密切相关。设计合成具有高活性的电催化剂对于提高能量效率在低电压下驱动电解水产氢具有至关重要的作用。目前可实际应用的贵金属催化剂材料，由于稀缺性和高昂的价格限制了其在实际中的大规模生产和应用。因此，开发具有快速催化反应动力学的价格低廉的高效非贵电催化剂对于提高电催化活性和耐久性具有重要实际意义。
[0003]在各种非贵金属催化剂中，层状双羟基氢氧化物(LDH)催化剂材料表现出优异的电催化性能，尤其是在碱性OER催化中表现出巨大的应用潜力。然而，LDH电催化剂材料在碱性电解质中较弱的氢吸附会导致其缓慢的HER催化动力学使活性降低，不利于水分解反应。因此，开发具有高催化活性和稳定性的廉价HER电催化剂具有十分重要的意义。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极及其制备方法和应用。本专利技术制得的具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极具有高催化活性。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将镍盐、钴盐、钼酸盐、尿素和水混合，得到混合溶液；
[0008]将所述混合溶液和泡沫镍混合，进行水热反应，得到所述具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极。
[0009]优选地，所述镍盐与钼酸盐的摩尔比为(1～3)：1。
[0010]优选地，所述钴盐与钼酸盐的摩尔比为(1～3)：1。
[0011]优选地，金属盐与尿素的摩尔比为(1～10)：1，所述金属盐包括镍盐、钴盐和钼酸盐。
[0012]优选地，所述混合溶液中还含有氟化铵。
[0013]优选地，金属盐与氟化铵的摩尔比为(1～10)：1，所述金属盐包括镍盐、钴盐和钼酸盐。
[0014]优选地，所述水热反应的温度为100～200℃，时间为4～24h。
[0015]优选地，所述泡沫镍与金属盐的用量比为1cm2：0.1～10mmol，所述金属盐包括镍盐、钴盐和钼酸盐。
[0016]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极。
[0017]本专利技术还提供了上述技术方案所述的具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极作为电催化析氢催化剂电极的应用。
[0018]本专利技术提供了一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极的制备方法，包括以下步骤：将镍盐、钴盐、钼酸盐、尿素和水混合，得到混合溶液；将所述混合溶液和泡沫镍混合，进行水热反应，得到所述具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极。
[0019]本专利技术针对LDH材料碱性条件下HER活性较低的问题，开发高活性碱性HER催化剂，在泡沫镍上原位生长的LDH纳米片材料(包括F
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NiCoMo LDH和NiCoMo LDH)具有晶格应变，通过Mo元素掺杂，在Mo原子给电子的作用下，调节材料的电子结构，降低水分子的分裂能，此外，Mo原子和吸附H具有较强的耦合作用，可以形成强Mo
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H键，增强H吸附，进而提高催化活性。
[0020]同时，本专利技术制备工艺简单，原料成本相对于贵金属催化剂材料具有价格低廉，储量丰富的优势，并且自支撑结构避免了涂布工艺对催化活性的不利影响，表现出优异的电催化活性和稳定性。
[0021]进一步地，F掺杂起到了调节电子结构的作用，并且F掺杂可以大大降低催化过程中的反应能量势垒，使催化反应动力学得到加快。
[0022]本专利技术还提供了上述技术方案所述制备方法制得的具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极，Mo和F掺杂优化了材料表面的电子结构，掺杂后材料的d
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band中心提升，材料表面对H具有更强的吸附，且Mo原子可以与H以较强的Mo
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H键结合，有利于H吸附，F掺杂能够降低能量反应势垒。
附图说明
[0023]图1为实施例1和2制备的自支撑LDH电催化HER催化剂电极以及对比例制得的催化剂电极的XRD图；
[0024]图2为实施例1和2制备的自支撑LDH电催化HER催化剂电极以及对比例制得的催化剂电极在不同放大倍数下的SEM图，其中a、b和c为对比例制备的自支撑LDH电催化HER催化剂电极的SEM图，d、e和f为实施例2制备的自支撑LDH电催化HER催化剂电极的SEM图，g、h和i为实施例1制备的催化剂电极的SEM图；
[0025]图3为实施例1和2以及对比例制备LDH纳米片在不同放大倍数下的TEM图，其中a、b、c分别为NiCo LDH，NiCoMo LDH和F
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NiCoMo LDH的低倍TEM图像，d、e、f分别为NiCo LDH，NiCoMo LDH和F
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NiCoMo LDH的高倍TEM图像；
[0026]图4为实施例1和2制备的自支撑LDH电催化HER催化剂电极以及对比例制得的催化剂电极的电催化活性测试性能图；
[0027]图5为实施例1制备的自支撑LDH电催化HER催化剂电极的稳定性测试曲线。
具体实施方式
[0028]本专利技术提供了一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极的制备方法，包括以下步骤：
[0029]将镍盐、钴盐、钼酸盐、尿素和水混合，得到混合溶液；
[0030]将所述混合溶液和泡沫镍混合，进行水热反应，得到所述具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极。
[0031]在本专利技术中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
[0032]本专利技术将镍盐、钴盐、钼酸盐、尿素和水混合，得到混合溶液。
[0033]在本专利技术中，所述镍盐与钼酸盐的摩尔比优选为(1～3)：1。
[0034]在本专利技术中，所述钴盐与钼酸盐的摩尔比优选为(1～3)：1。
[0035]在本专利技术中，金属盐与尿素的摩尔比优选为(1～10)：1，所述金属盐优选包括镍盐、钴盐和钼酸盐。
[0036]在本专利技术中，所述混合溶液中优选还含有氟化铵。
[0037]在本专利技术中，金属盐与氟化铵的摩尔比优选为(1～10)：1，所述金属盐优选包括镍盐、钴盐和钼酸盐。
[0038]本专利技术对所述镍盐、钴盐和钼酸盐的具体种类没有特殊的限定，使用本领域技术人员熟知的种类即可。
[0039]本专利技术中，所述尿素的作用是调节pH值，提供反应必要的碱性氛围，所述氟化铵的作用是在调节pH值的同时，提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将镍盐、钴盐、钼酸盐、尿素和水混合，得到混合溶液；将所述混合溶液和泡沫镍混合，进行水热反应，得到所述具有应变晶格的自支撑电催化析氢催化剂电极。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐与钼酸盐的摩尔比为(1～3)：1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐与钼酸盐的摩尔比为(1～3)：1。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，金属盐与尿素的摩尔比为(1～10)：1，所述金属盐包括镍盐、钴盐和钼酸盐。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张久俊，翟子波，颜蔚，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：