【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及催化剂，具体涉及一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、先进的生产清洁能源技术可以不断提高能源效率，能够解决环境污染相关的问题，是实现人类社会的可持续发展的有效方法，而氢（h2）因其高能量密度和零环境污染被认为是最有前途的替代化石燃料的绿色能源载体。电化学水分解被认为是一种经济、清洁的制氢解决方案，但受到阳极析氧反应和析氢反应缓慢动力学的限制。因此，需要设计出高效稳定的电催化剂来克服这些障碍。贵金属基(pt, ir和ru)材料仍然是高效的水裂解催化剂，但其高昂的成本和稀缺性限制了其大规模应用。在这方面，开发低成本的双功能催化剂是一个挑战。近年来，人们已制备出各种丰富的过渡金属基材料，包括过渡金属氧化物、氢氧化物、硫化物、氮化物和磷化物。其中，镍铁层状双氢氧化物(nife-ldhs)在碱性电解质中表现出巨大的水分解前景。深入研究表明，原位衍生niooh被认为是高析氧反应(oxygenevolution reaction, oer)的真正活性物质。然而，这些niooh的动态演化过于缓慢，并且需要高过电位，这导致实现高oer性能的过程非常耗时和耗能。因此，在低电位下快速生成稳定的niooh相是必要的。
2、为了促进niooh相在nife-ldh催化剂中的生成，人们提出了缺陷工程、阴离子引发和电子结构调制等策略。例如，阳离子空位的引入会导致部分电荷密度分布在费米能级附近，并降低重构γ-niooh的形成能。卤素离子和s离子等阴离子的掺杂有利于由nife-ldh生成nifeo
3、两种二维材料通过范德瓦尔斯相互作用耦合的二维异质结构可以产生不同活性位点的协同效应，对水的裂解表现出优异的电催化性能。当两种具有不同费米能级的二维材料耦合在一起时，可以构建一个内置电场(bef)。迄今为止，在控制二维异质结构的bef方面取得了各种进展。特别是基于nife-ldh纳米片的p-n结引起了科研工作者的特别关注。在之前的研究中，cop、mnco-ch或其他2d材料与nife-ldh偶联合构建p-n结，通过形成bef在界面处促进电荷转移。然而，其oer活性仍然较低。基于此，亟需一种具有优异电催化性能且生产成本低的电催化剂。
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有电催化剂在电催化制氧、制氢时存在催化活性较低的技术问题，提供一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案为：一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂，包括基体锑烯纳米片amnss (antimonene nanosheets)，所述amnss上负载有nife-ldh纳米片。
3、作为本专利技术技术方案的进一步限定，所述amnss生长于载体上，所述载体为泡沫镍。
4、本专利技术还提供上述一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
5、（1）将预处理后的泡沫镍载体浸泡在超声剥离得到的锑烯纳米片溶液中，6-12h后取出真空干燥，得到amnss负载于载体上的中间体；
6、（2）以中间体、铂丝和饱和甘汞分别作为工作电极、对电极和参比电极，以含ni和fe的溶液作为电解液进行电沉积制得二维纳米片异质结催化剂nife-ldh/amnss/nf。
7、作为本专利技术技术方案的进一步限定，步骤（1）中泡沫镍载体的预处理方法为将泡沫镍依次用2 m的稀盐酸、丙酮、去离子水和乙醇超声清洗30-100 min，真空干燥箱干燥，冷却后备用。预处理后的泡沫镍利于amnss物理吸附在泡沫镍上。
8、作为本专利技术技术方案的进一步限定，步骤（1）中所述锑烯纳米片制备方法为通过超声辅助剥离法将锑粉剥离成纳米片；步骤（1）中的浸泡时间为6 h- 24 h。
9、作为本专利技术技术方案的进一步限定，步骤（1）中预处理后的泡沫镍的尺寸为1 cm×3 cm,放入10-50 ml超声剥离得到的锑烯纳米片溶液中。
10、作为本专利技术技术方案的进一步限定，步骤（2）中电解液中所用镍盐为ni(no3)2·6h2o，所用铁盐为fe(no3)3·9h2o。
11、作为本专利技术技术方案的进一步限定，步骤（2）电解液中镍盐和铁盐的摩尔浓度均为10~30 mmol/l，镍盐和铁盐的摩尔比为：1:1~1:5。
12、作为本专利技术技术方案的进一步限定，步骤（2）中电沉积的条件为：在-1.2 v的电压下进行电沉积100~400 s。
13、另外，本专利技术还提供上述的一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂在催化产氧以及电催化制氢中的应用。
14、与现有技术相比本专利技术具有以下有益效果：
15、1、本专利技术中的电催化剂是由两种二维纳米片组成的三维分级结构，两种不同的纳米片组成的异质结导致界面处的电荷重分布，在界面处形成强的内建电场，促进电化学过程中表面nife-ldh发生重构形成具有高析氧反应催化活性的β-niooh相；此外，内建电场的存在，有利于对中间物种的吸脱附，促进催化反应的进行；并且面接触的2d/2d异质结可显著缩短电荷的传输距离，同时还有效增加电荷的传输通道，有利于析氢反应质子的吸附，在一定程度上提高催化效果。
16、2、本专利技术制备方法是通过物理浸泡法和电沉积方法相结合来制成具有二维纳米片异质结电催化剂，并且电沉积所需时间最长为400 s，提高了二维纳米片异质结电催化剂的制备效率；由此可以看出，本专利技术中的制备方法具有操作简便、耗时少和耗能低的特点。
17、3、本专利技术中选用锑粉制备得到锑烯纳米片，fe、ni前驱体制成nife-ldh纳米片，具有两种不同半导体性质的纳米片组成的异质结导致界面处的电荷重分布，在界面处形成强的内建电场，促进电化学过程中表面nife-ldh发生重构形成β-niooh，在电催化反应中表现出较高的析氧活性；并且面接触的2d/2d异质结可显著缩短电荷的传输距离，同时还有效增加电荷的传输通道，有利于析氢反应的进行。同时，sb、fe、ni过渡金属价格具有低廉和储量丰富特点，大大降低了成本。
18、4、本专利技术制得的二维纳米片异质结电催化剂具有高的比表面积、丰富的活性位点；同时，载体泡沫镍的三维多孔结构有利于电解液的浸润，提高了电催化剂的导电性。异质界面的内建电场导致电荷重分布，调控了电催化剂的电子结构，有利于中间物种的吸脱附，促进了催化反应的进行。
19、5、本专利技术制备的电催化剂表现了优异的电催化析氧和析氢活性，在1m koh电解液中，oer和her在10 ma/cm2 的电流密度下过电位分别为144 mv和159 mv，并且表现出优异的电化学稳定性。
20、6、另外，为了模拟电解水的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂，其特征在于，包括基体锑烯纳米片AMNSs，所述AMNSs上负载有NiFe-LDH纳米片。
2.根据权利要求1所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂，其特征在于，所述AMNSs生长于载体上，所述载体为泡沫镍。
3.根据权利要求2所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4. 根据权利要求3所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中泡沫镍载体的预处理方法为将泡沫镍分别用2 M的稀盐酸、丙酮、去离子水和乙醇超声清洗30-100 min，真空干燥箱干燥，冷却后备用。
5. 根据权利要求3所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述锑烯纳米片制备方法为通过超声辅助剥离法将锑粉剥离成纳米片；步骤（1）中的浸泡时间为6 h- 24 h。
6. 根据权利要求3所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1
7.根据权利要求3所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中电解液中所用镍盐为Ni(NO3)2·6H2O，所用铁盐为Fe(NO3)3·9H2O。
8. 根据权利要求7所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）电解液中镍盐和铁盐的摩尔浓度均为10~30 mmol/L，镍盐和铁盐的摩尔比为：1:1~1:5。
9. 根据权利要求3所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（2）中电沉积的条件为：在-1.2 V的电压下进行电沉积100~400 s。
10.权利要求1或2中所述的一种二维锑烯@NiFe-LDH异质结电催化剂在催化产氧以及电催化制氢中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂，其特征在于，包括基体锑烯纳米片amnss，所述amnss上负载有nife-ldh纳米片。
2.根据权利要求1所述的一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂，其特征在于，所述amnss生长于载体上，所述载体为泡沫镍。
3.根据权利要求2所述的一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4. 根据权利要求3所述的一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中泡沫镍载体的预处理方法为将泡沫镍分别用2 m的稀盐酸、丙酮、去离子水和乙醇超声清洗30-100 min，真空干燥箱干燥，冷却后备用。
5. 根据权利要求3所述的一种二维锑烯@nife-ldh异质结电催化剂的制备方法，其特征在于，步骤（1）中所述锑烯纳米片制备方法为通过超声辅助剥离法将锑粉剥离成纳米片；步骤（1）中的浸泡时间为6 h- 24 h。
6. 根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：翟新萍，赵敏，王靖坤，邵雅斌，何芳，李青，罗雯，
申请(专利权)人：浙江树人学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。