【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电解水阳极催化剂，特别是涉及一种用于在碱性体系下电解水的阳极催化剂及其制备方法。本专利技术催化剂可用于析氧反应的电化学催化氧化。
技术介绍
1、全球环境问题因化石能源的消耗而日益严重，寻找可持续的绿色能源已成为当务之急。在探索绿色能源的道路中，氢能被视为是理想的化石能源替代品，这主要归功于其高能量密度和无污染的特性。
2、电解水制氢技术因其产品纯度高，反应条件适中和环境友好等优点，在各种制氢工艺中备受瞩目。然而，由于阳极析氧反应（oer）具有较大的能垒，使得电催化水裂解动力学过程非常缓慢，不可避免的限制了电解水制氢技术的实际应用。因此，研发高效的电催化剂以加快oer的动力学至关重要。
3、目前广泛使用的oer催化剂主要是贵金属基材料，如ruo2和iro2。虽然贵金属基催化剂对oer显示出高活性，但昂贵的价格限制了其大规模工业应用的潜力，开发具有高活性和高稳定性的非贵金属基oer催化剂显得尤为迫切。
4、在非贵金属基催化剂研究领域中，过渡金属（tm）基催化剂因其储量高、成本低以及与贵金属催化剂相似的3d轨道特性而成为研究热点。特别是ni基催化剂（ni氧化物和ni氢氧化物等），凭借其在高电位下生成的niooh活性组分，在碱性oer条件下展现了卓越的催化活性。尽管ni基催化剂在oer过程中已经取得了一定的进展，但催化效率仍然不够理想，因此，研究人员正在尝试通过引入如fe、co或mn等第二金属元素来提升催化剂的整体性能。
5、研究表明，与其他二元金属基催化剂相比，nife基（
6、然而，nife2o4仍面临着导电性差、活性不足以及稳定性低等问题，促使研究人员不断探索提高其性能的有效方法。
7、杂原子掺杂是一种有前景的策略，它不仅能提高催化剂的导电性，还可以增加活性位点的数量。将杂原子引入到nife2o4结构中，可以调节金属3d轨道与氧2p轨道之间的能带间隙，从而改变nife2o4的局部配位环境，提升其催化效率。例如，wang等（effects ofalternating magnetic fields on the oer of heterogeneous core-shell structurednife2o4@(ni, fe)s/p. acs applied materials & interfaces. 15(2023): 11631-41.）研究表明，s或p掺杂可以提高nife2o4的oer活性，这归因于杂原子掺杂提升了nife2o4的导电性和本征活性。通过杂原子掺杂来改善nife2o4的oer性能已经被广泛研究。
8、不幸的是，虽然大多数的报道都集中在了杂原子掺杂上，但是单一的杂原子掺杂只能改善nife2o4的活性或稳定性。采用两种杂原子共掺杂策略，则有望同时提升nife2o4的活性与稳定性。目前，由于合成的过程更为复杂，双杂原子共掺杂nife2o4的研究相对较少。
9、此外，目前nife2o4的制备主要是采用高温热处理技术，以使材料能够充分反应并形成稳定的晶体结构。然而，这种方法也存在一些不足之处，包括较长的反应时间、高能耗以及产物容易团聚等。如liu等（sodium tartrate-assisted synthesis of high-puritynife2o4 nano-microrods supported by porous ketjenblack carbon for efficientalkaline oxygen evolution. the journal of physical chemistry letters. 14(2023): 6099-109.）通过高温热处理技术制备了nife2o4/kb催化剂，展现了优异的oer活性（10ma cm-2@258mv）。尽管在oer性能方面表现出色，但其复杂的合成步骤、超过15h的总合成时间以及较短的稳定性（24h）还是限制了其的广泛应用。
10、在催化剂的设计与合成过程中，载体发挥着不可替代的作用。当前，常用的载体材料往往需要经过高温碳化处理，以确保其具有优异的导电性和力学稳定性。但是，这一过程不仅能耗高，还有可能导致材料团聚。
11、载体的功能不仅仅限于支撑催化活性组分，还能作为杂原子掺杂的平台。如果载体本身富含杂原子，这些杂原子在反应过程中就可以融入到催化活性组分内部，从而有效实现催化剂的掺杂。特别地，含有多种杂原子的载体能够通过一次反应产生多元共掺杂的催化剂，从而有望同步提升催化剂oer中的活性和稳定性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种碱性体系电解水阳极催化剂及其制备方法，以富含s、n元素的碳材料前驱体负载nife2o4，通过掺杂的杂原子调控催化剂的电子结构，提高催化剂的催化活性和电极导电性。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术所述的碱性体系电解水阳极催化剂是以富含s、n元素的碳材料前驱体snc作为载体，在可溶性镍盐和可溶性铁盐的水溶液中通过热解反应在载体上负载nife2o4构成的nife2o4/snc复合材料，其中，所述的载体snc由尿素、硫脲、甲醛和甲酸在水溶液中进行超声反应制备得到。
3、本专利技术的碱性体系电解水阳极催化剂是以双杂原子共掺杂碳材料负载镍、铁金属离子活性组分构建的多孔纳米粒子，以其用于电解水制氢中的oer反应，能表现出极高的催化活性。
4、进而，本专利技术还提供了所述碱性体系电解水阳极催化剂的制备方法，所述方法包括：
5、1）、将尿素、硫脲、甲醛和甲酸溶解在水中，超声反应产生白色固体粉末，烘干得到富含s、n元素的碳材料前驱体snc；
6、2）、以所述碳材料前驱体snc、可溶性镍盐和可溶性铁盐在水溶液中140～260℃下进行热解反应，分离出反应产物得到nife2o4/snc复合材料。
7、进一步的，本专利技术用于进行羟醛缩合的原料尿素、硫脲、甲醛和甲酸的质量比优选为1∶(0.1～6)∶(0.1～8)∶(0.1～20)。
8、更进一步地，所述超声反应时间优选为10～200min。
9、更具体地，本专利技术优选是将所述超声反应得到的碳材料前驱体snc在50～100℃下进行烘干。
10、进一步地，所述热解反应中，碳材料前驱体snc与可溶性镍盐、可溶性铁盐的质量比优选为1∶(0.1～8)∶(0.1～8)。
11、更进一步地，所述热解反应的时间优选为0.2～3h。
12、本专利技术所述的nife2o4/snc复合材料适合于本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种碱性体系电解水阳极催化剂，是以富含S、N元素的碳材料前驱体SNC作为载体，在可溶性镍盐和可溶性铁盐的水溶液中通过热解反应在载体上负载NiFe2O4构成的NiFe2O4/SNC复合材料，其中，所述的载体SNC由尿素、硫脲、甲醛和甲酸在水溶液中通过超声反应制备得到。
2.权利要求1所述碱性体系电解水阳极催化剂的制备方法，所述方法包括：
3.根据权利要求2所述的碱性体系电解水阳极催化剂制备方法，其特征是尿素、硫脲、甲醛和甲酸的质量比为1∶(0.1～6)∶(0.1～8)∶(0.1～20)。
4.根据权利要求2所述的碱性体系电解水阳极催化剂制备方法，其特征是超声反应时间10～200min。
5.根据权利要求2所述的碱性体系电解水阳极催化剂的制备方法，其特征是碳材料前驱体SNC与可溶性镍盐、可溶性铁盐的质量比为1∶(0.1～8)∶(0.1～8)。
6.根据权利要求2所述的碱性体系电解水阳极催化剂的制备方法，其特征是热解反应时间0.2～3h。
7.权利要求1所述碱性体系电解水阳极催化剂制备电解水制氢用阳极的应用。<...
【技术特征摘要】
1.一种碱性体系电解水阳极催化剂，是以富含s、n元素的碳材料前驱体snc作为载体，在可溶性镍盐和可溶性铁盐的水溶液中通过热解反应在载体上负载nife2o4构成的nife2o4/snc复合材料，其中，所述的载体snc由尿素、硫脲、甲醛和甲酸在水溶液中通过超声反应制备得到。
2.权利要求1所述碱性体系电解水阳极催化剂的制备方法，所述方法包括：
3.根据权利要求2所述的碱性体系电解水阳极催化剂制备方法，其特征是尿素、硫脲、甲醛和甲酸的质量比为1∶(0.1～6)∶(0.1～8)∶(0.1～20)。
4.根据权利要求2所述的碱性体系电解水阳极催化剂制备方法，其特征...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡拖平，令狐江涛，张雨娟，范黎明，王晓晴，吴光平，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：
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