【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微观形貌调控的层状双金属氢氧化物oer催化剂的制备及应用，属于电催化。
技术介绍
1、当下能源危机日渐严重，氢有望成为一种可再生且无污染的能源载体，用于存储太阳能和风能等可再生能源。通过电催化分解水实现零排放低成本产氢是一种很有前途的方法，层状双金属氢氧化物（ldh）是实现这一过程的高效催化剂之一，但是迄今为止，ldh对析氧反应（oer）的催化活性还远远不够。
2、催化剂的微观结构对催化剂活性和稳定性有显著影响。ldh是一种具有二维结构的纳米材料，是由两种或两种以上金属元素组成的具有水滑石层状晶体结构的氢氧化物，由带正电的主体层板和层间阴离子利用非共价键的相互作用组成。由于其固有的高比表面积、大量的活性位点以及较大的层间阴离子容量，ldh成为一种很有前途的oer催化剂。在oer过程中，层间带电离子在层板上的表面活性位点上发生反应，因此ldh的比表面积和活性位点数量制约了其催化活性。ldh的层状结构会堆叠成一定的形态，这在很大程度上同样影响了活性位点的分布与利用，同时oer是一个气液固三相反应，不同的微观形貌将影响催化剂-溶液界面性质，溶液结合速率和气泡脱离速率会影响oer的进行。因此，通过调控ldh的微观形貌，可以实现其oer性能的提升。
3、考虑到ldh的层间结合力相对较弱以及层间阴离子的可调性，阴离子表面活性剂可以扩大纳米片的层间空间，从而促进离子的吸附和扩散过程，提升反应动力学。同时，阴离子官能团可以改善催化剂的表面性质，如亲水性和憎气性，提高表面润湿性可以促进离子在固液界面的传输
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种高效调控层状双金属氢氧化物oer催化剂的方法及应用。本专利技术在镍钴层状双金属氢氧化物（nico-ldh）的基础上，利用十二烷基硫酸钠（sds）和十六烷基三甲基溴化铵（ctab）作表面活性剂，制备了片层状的nico-ldh-sds以及针状的nico-ldh-ctab，相较于棒状的nico-ldh有着更小的气泡粘附力以及更低的接触角，获得了优异的oer性能。制备方法简单，生产条件易于调控，具有明显的可扩展优势。本专利技术提供了一种通过添加表面活性剂来调节纳米材料的微观形貌（以nico-ldh为例）以实现改善oer性能的策略，能够拓展延伸到其他能源和环保领域。
2、本专利技术的技术方案是：
3、步骤1：将nicl2·6h2o、cocl2·6h2o和尿素按一定比例溶解在去离子水中，磁力充分搅拌均匀后得到澄清溶液a；
4、步骤2：将表面活性剂溶解在去离子水中，磁力搅拌均匀后得到澄清溶液b；
5、步骤3：将溶液a与b混合，并利用磁力搅拌至澄清均匀溶液，而后转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中；
6、步骤4：将水热釜置于马弗炉中在特定温度下进行水热；
7、步骤5：冷却至室温后将水热釜中的悬浊液过滤，并分别用水和乙醇洗涤；
8、步骤6：将得到的粉末于真空干燥箱中干燥，随后研磨；
9、优选地，步骤1中，物质的量比为nicl2·6h2o：cocl2·6h2o = 3：2，尿素：nicl2·6h2o + cocl2·6h2o = 5：8。
10、优选地，步骤2中，所述表面活性剂选自：sds或ctab，表面活性剂与cocl2·6h2o的物质的量比范围为1-2.5。
11、优选地，步骤3中，磁力搅拌时间约为30 min。
12、优选地，步骤4中，水热反应温度选用100 ℃，升温速率2-5 ℃ min-1，保温10 h。
13、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
14、1、通过表面改性剂sds以及ctab改性的nico-ldh在形貌上表现出较大的差异，相较于nico-ldh的棒状形貌，nico-ldh-sds与nico-ldh-ctab分别呈现出片层状以及针状的形貌，片层状以及针状的微观形貌在气泡粘附力以及接触角测试过程中展现出更加优异的性能，且片层状最优。
15、2、具体地，本专利技术的实施例证明：
16、（1）在10 ma cm-2条件下：nico-ldh-sds和nico-ldh-ctab的过电势比nico-ldh分别降低了36 mv和19 mv；
17、（2）nico-ldh-sds的tafel斜率（68.05 mv dec-1）和nico-ldh-ctab（80.93 mvdec-1）均优于nico-ldh（101.22 mv dec-1）；
18、（3）nico-ldh-sds的双电层电容（1.04 mf cm-2）和nico-ldh-ctab（0.972 mf cm-2）均优于nico-ldh（0.599 mf cm-2）。
19、以上的结果均表明，利用表面活性剂对层状双金属氢氧化物的微观形貌进行调控，可以有效地增大其活性面积以及活性位点数量，调节气-液-固界面性质，降低oer过程中的速率控制步骤的反应自由能，实现优异的oer性能。
20、本专利技术涉及的层状双金属氢氧化物制备工艺、改性方法简单，适合工业实际应用。通过添加表面活性剂调节纳米材料的微观形貌，可广泛应用于存在气泡析出的反应过程，在能源、环境等相关领域具有较好的前景。
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1.一种微观形貌调控的层状双金属氢氧化物OER催化剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：将NiCl2·6H2O、CoCl2·6H2O和尿素按一定比例溶解在去离子水中，磁力充分搅拌均匀后得到澄清溶液A，将表面活性剂溶解在去离子水中，磁力搅拌均匀后得到澄清溶液B。随后将溶液A与B混合，并利用磁力搅拌至澄清均匀溶液，转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中。再将水热釜置于马弗炉中在特定温度下进行水热，冷却至室温后将水热釜中的悬浊液过滤，并分别用水和乙醇洗涤。最后将得到的粉末于真空干燥箱中干燥，随后研磨。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述NiCl2·6H2O和CoCl2·6H2O的物质的量比为3：2，尿素和NiCl2·6H2O与CoCl2·6H2O之和的物质的量比为5：8。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自：SDS或CTAB，表面活性剂与CoCl2·6H2O的物质的量比范围为1-2.5。
4. 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应条件具体为：磁力搅拌时间约为30 min。
5. 根据权利要
6.权利要求1所述的形貌调控的层状双金属氢氧化物材料或权利要求2-5任一项所述制备方法得到的形貌调控的层状双金属氢氧化物材料作为OER催化剂的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种微观形貌调控的层状双金属氢氧化物oer催化剂的制备方法，其特征是包括以下步骤：将nicl2·6h2o、cocl2·6h2o和尿素按一定比例溶解在去离子水中，磁力充分搅拌均匀后得到澄清溶液a，将表面活性剂溶解在去离子水中，磁力搅拌均匀后得到澄清溶液b。随后将溶液a与b混合，并利用磁力搅拌至澄清均匀溶液，转移到聚四氟乙烯内衬的水热釜中。再将水热釜置于马弗炉中在特定温度下进行水热，冷却至室温后将水热釜中的悬浊液过滤，并分别用水和乙醇洗涤。最后将得到的粉末于真空干燥箱中干燥，随后研磨。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述nicl2·6h2o和cocl2·6h2o的物质的量比为3：2，尿素和nicl2...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪洋，彭松，潘钱锋，王天田，乔一轩，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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