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CN118127547A - 一种碱性电解水催化剂及其制备方法和应用 - Google Patents

一种碱性电解水催化剂及其制备方法和应用 Download PDF

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CN118127547A
CN118127547A CN202410261961.1A CN202410261961A CN118127547A CN 118127547 A CN118127547 A CN 118127547A CN 202410261961 A CN202410261961 A CN 202410261961A CN 118127547 A CN118127547 A CN 118127547A
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CN
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salt
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mmol
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CN202410261961.1A
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李海龙
张林娟
王建强
张皓
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Original Assignee
Shanghai Institute of Applied Physics of CAS
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Abstract

本发明涉及一种碱性电解水催化剂的制备方法，其包括如下步骤：S1，对基体进行超声处理以去除表面杂质，得到预处理的基体；S2，将镍盐、碱和铁盐溶解在去离子中得到混合溶液，镍盐与铁盐的比例为0.5mmol～0.625mmol:0.125mmol～0.5mmol，将预处理的基体浸泡在混合溶液中在50‑100℃温度下进行水热反应；S3，冷却，清洗，干燥，得到具有纳米片堆叠结构的双金属或三金属层状氢氧化物作为碱性电解水催化剂。本发明还涉及由上述制备方法得到的碱性电解水催化剂及其应用。根据本发明的碱性电解水催化剂的制备方法，工艺简单，低温常压，可大规模制备，极大降低制备成本，得到的碱性电解水催化剂具有优异的OER催化性能。

Description

一种碱性电解水催化剂及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电解水制氢，更具体地涉及一种碱性电解水催化剂及其制备方法和应用。
背景技术
随着能源短缺和环境污染等问题日益严重，寻找一种能够替代化石燃料的可再生清洁能源逐渐成为各国政府关注的焦点。由于氢气的高能量密度和无碳特性，在燃料电池等新能源领域备受瞩目。电解水制氢可以利用太阳能、风能等产生的不能并入电网的废电来作为能源，直接生成高纯氢和氧来满足新能源市场的需求。然而，在电解水制氢过程中，氧气析出反应(OER)具有较高的过电势和缓慢的动力学性能，一直是限制整个电解水系统能量转化效率的瓶颈。
现有技术通常需要贵金属材料作为催化剂，如二氧化铱、二氧化钌等，其自然界中储量低且价格过高因而制约了其发展。现有的镍铁氢氧化物催化剂制备条件为高温高压，严苛的实验条件不适合大规模制备，制备成本高。
发明内容
为了解决上述现有技术中的价格过高等问题，本发明提供一种碱性电解水催化剂及其制备方法和应用。
根据本发明的碱性电解水催化剂的制备方法，其包括如下步骤：S1，对基体进行超声处理以去除表面杂质，得到预处理的基体；S2，将镍盐、碱和铁盐溶解在去离子中得到混合溶液，镍盐与铁盐的比例为0.5mmol～0.625mmol:0.125mmol～0.5mmol，将预处理的基体浸泡在混合溶液中在50-100℃温度下进行水热反应；S3，冷却，清洗，干燥，得到具有纳米片堆叠结构的双金属或三金属层状氢氧化物作为碱性电解水催化剂。
优选地，碱性电解水催化剂为双金属的镍铁层状氢氧化物(NiFe-LDH)，或为三金属的镍铁基层状氢氧化物NiFeCo-LDH、NiFeMn-LDH、NiFeCu-LDH、NiFeZn-LDH、NiFeMo-LDH、NiFeRu-LDH、NiFeW-LDH、NiFePt-LDH或NiFeLa-LDH。
优选地，基底为泡沫镍、泡沫镍铁、泡沫铁、镍网、不锈钢网、镍铬合金网或镍粉。
优选地，在所述步骤S1中，将基体裁剪成块状，分别在丙酮、盐酸、蒸馏水、无水乙醇中进行超声清洗。在一个优选的实施例中，块状大小为1cm×1cm，超声清洗时间分别为10min。应该理解，1cm×1cm是常用尺寸，其他任意尺寸也可以，例如0.5cm×0.5cm，0.5cm×1cm等。
优选地，镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍。在一个优选的实施例中，镍盐为六水合硝酸镍。
优选地，铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁。在一个优选的实施例中，铁盐为六水合氯化铁。
优选地，碱为脲、尿素、氨水、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢铵。应该理解，这里的碱可以调节混合溶液的pH到10-12。
优选地，镍盐、脲、铁盐和去离子水的比例为0.5mmol～0.625mmol:0.25mmol:0.125mmol～0.5mmol。在一个优选的实施例中，镍盐、脲、铁盐和去离子水的比例为0.625mmol:0.25mmol:0.125mmol:50mL。应该理解，不同摩尔量的镍盐与铁盐的摩尔比不同，碱性电解水催化剂的OER性能也不同。当镍盐、脲、铁盐和去离子水的比例为0.625mmol:0.25mmol:0.125mmol:50mL时，碱性电解水催化剂的电催化OER性能最好。
优选地，水热反应的反应温度为90-100℃。在一个优选的实施例中，水热反应的反应温度为100℃。
优选地，水热反应的反应时间为6-8h。在一个优选的实施例中，水热反应的反应时间为7h。
优选地，在所述步骤S2中，将称取镍盐、脲和铁盐至玻璃烧杯中，向玻璃烧杯中加入去离子水，搅拌得到混合溶液，将预处理的基体浸泡在玻璃烧杯的混合溶液中，将玻璃烧杯放入水浴锅中进行水热反应。在一个优选的实施例中，磁力搅拌时间为5min。
优选地，所述步骤S2还包括将钴盐、锰盐、铜盐、锌盐、钼盐、钌盐、钨盐、铂盐或镧盐溶解在去离子中得到混合溶液。在一个优选的实施例中，钴盐为硝酸钴。在一个优选的实施例中，锰盐为乙酸锰。在一个优选的实施例中，铜盐为硝酸铜。在一个优选的实施例中，锌盐为氯化锌。在一个优选的实施例中，钼盐为钼酸铵。在一个优选的实施例中，钌盐为氯化钌。在一个优选的实施例中，钨盐为钨酸铵。在一个优选的实施例中，铂盐为氯化铂。在一个优选的实施例中，镧盐为乙酸镧。
优选地，在所述步骤S3中，用去离子水和无水乙醇对负载在基体上的双金属或三金属层状氢氧化物分别清洗3～5次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。
根据本发明的上述的制备方法得到的碱性电解水催化剂，其具有2D纳米片堆叠结构，纳米片堆叠成空心球状结构使其比表面积翻倍。特别地，2D纳米片堆叠结构有利于电子转移和氧气产物的析出，纳米片大的比表面积也有利于提升催化性能和电化学稳定性，制备过程中无需热处理等复杂手段。
根据本发明的碱性电解水催化剂在工业电解水上的应用，其中，碱性电解水催化剂作为三电极体系中的工作电极。
优选地，碱性电解水催化剂在电流密度为10mA/cm2处的过电位介于230mV-420mV之间。在优选的实施例中，碱性电解水催化剂在电流密度为10mA/cm2处的过电位介于236mV-415mV之间。优选地，碱性电解水催化剂在电流密度为10mA/cm2处的过电位介于236mV-323mV之间。更优选地，碱性电解水催化剂在电流密度为10mA/cm2处的过电位介于236mV-318mV之间。更优选地，碱性电解水催化剂在电流密度为10mA/cm2处的过电位介于236mV-276mV之间。更优选地，碱性电解水催化剂在电流密度为10mA/cm2处的过电位介于236mV-268mV之间。更优选地，碱性电解水催化剂在电流密度为10mA/cm2处的过电位介于236mV-254mV之间。应该理解，在电流密度为10mA/cm2处的过电位约低，碱性电解水催化剂的OER性能越优异。根据本发明的碱性电解水催化剂表现出优异的电化学性能，远远超过商业氧化钌和氧化依的OER性能。
优选地，碱性电解水催化剂具有高活性和高稳定性。
根据本发明的碱性电解水催化剂的制备方法，原料主要是地球中储量丰富的镍源和铁源，来源广泛、环保绿色、安全性高，工艺简单，低温常压，可大规模制备，极大降低制备成本。根据本发明的碱性电解水催化剂，无毒无害，催化性能优于现有技术的高温高压制备的镍铁氢氧化物，即具有优异的OER催化性能，在未来替代商业RuO2和IrO2用于电解水制氢的大规模应用中具有较好的前景。总之，本发明无论是从制备简易性、经济性方面还是从催化性能、使用寿命方面，均远远优于现有的电极制备技术，极大提高了工业电解水的经济效益。
附图说明
图1是本发明的实施例1得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFe-LDH/NF的拉曼光谱图。
图2是本发明的实施例1得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFe-LDH/NF的SEM图。
图3是本发明的实施例1得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFe-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图4是本发明的实施例1得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFe-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应的恒电流测试图。
图5是本发明的实施例2得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFe-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图6是本发明的实施例3得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFe-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图7是本发明的实施例4得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFeCo-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图8是本发明的实施例5得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFeMn-LDH/NF，在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图9是本发明的实施例6得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFeCu-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图10是本发明的实施例7得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFeZn-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图11是本发明的实施例8得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFeMo-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图12是本发明的实施例9得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFeRu-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图13是本发明的实施例10得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFeW-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图14是本发明的实施例11得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFePt-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
图15是本发明的实施例12得到的具有2D纳米片堆叠结构的NiFeLa-LDH/NF在碱性电解液下的氧析出反应(OER)的线性扫描图(LSV)。
具体实施方式
下面结合附图，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述。
实施例1
(1)泡沫镍的预处理：取一块未经任何处理的泡沫镍，利用美工刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的泡沫镍放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除泡沫镍表面的杂质。
(2)镍铁氢氧化物的制备：称取0.1817g的六水合硝酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0338g的六水合氯化铁(0.125mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成棕黄色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的泡沫镍浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于100℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出泡沫镍，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFe-LDH/NF作为工作电极。在饱和的电解质为1.0M KOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
实施例1所制备的镍铁层状氢氧化物的XRD图如图1所示。如图2的SEM图所示，NiFe-LDH/NF的形貌为2D纳米片，堆叠斜插在泡沫镍上，而且片层均匀，有利于增大催化剂的比表面积。应该理解，比表面积指的是单位质量物质所具有的总面积，图2可看到NiFe-LDH为纳米片堆叠成空心球状结构，每片纳米片面积是按双面算的，所以相对于实心的球状结构，比表面积更大。催化剂的OER性能测试结果如图3所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为239mV，远超过商业氧化钌和氧化依的OER催化性能，并且其过电位远低于其他实施例制备的催化剂。这些测试结果表明实施例1制备的NiFe-LDH/NF催化剂具备优异的OER电催化性能。催化剂在电流密度为100mA/cm2电流密度下稳定性测试结果如图4，表明实施例1制备的NiFe-LDH/NF催化剂具备优异的稳定性。
实施例2
(1)泡沫铁的预处理：取一块未经任何处理的泡沫铁，利用美工刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的泡沫铁放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除泡沫铁表面的杂质。
(2)镍铁氢氧化物的制备：称取0.1454g的六水合硝酸镍(0.5mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0338g的六水合氯化铁(0.125mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成棕黄色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的泡沫铁浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于100℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出泡沫铁，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFe-LDH作为工作电极。在饱和的电解质为1.0M KOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图5所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为254mV。
实施例3
(1)泡沫镍铁的预处理：取一块未经任何处理的泡沫镍铁，利用美工刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的泡沫镍铁放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除泡沫镍铁表面的杂质。
(2)镍铁氢氧化物的制备：称取0.1636g的六水合硝酸镍(0.563mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.1352g的六水合氯化铁(0.5mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成棕黄色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的泡沫镍铁浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于100℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出泡沫镍铁，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFe-LDH作为工作电极。在饱和的电解质为1.0M KOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图6所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为265mV。
实施例4
(1)泡沫镍的预处理：取一块未经任何处理的泡沫镍，利用美工刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的泡沫镍放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除泡沫镍表面的杂质。
(2)镍铁钴氢氧化物的制备：称取0.175g的七水合硫酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0338g的六水合氯化铁(0.125mmol)，最后称取0.0437g的硝酸钴(0.15mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的泡沫镍浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于100℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出泡沫镍，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁钴氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFeCo-LDH/NF作为工作电极。在饱和的电解质为1.0MKOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图7所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为236mV。
实施例5
(1)泡沫镍的预处理：取一块未经任何处理的泡沫镍，利用美工刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的泡沫镍放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除泡沫镍表面的杂质。
(2)镍铁锰氢氧化物的制备：称取0.1483g的六水合氯化镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0338g的六水合氯化铁(0.125mmol)，最后称取0.0368g的乙酸锰(0.15mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的泡沫镍浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于100℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出泡沫镍，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁锰氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFeMn-LDH/NF作为工作电极。在饱和的电解质为1.0MKOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图8所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为241mV。
实施例6
(1)泡沫镍的预处理：取一块未经任何处理的泡沫镍，利用美工刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的泡沫镍放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除泡沫镍表面的杂质。
(2)镍铁铜氢氧化物的制备：称取0.1817g的六水合硝酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.05g的水合硫酸铁(0.125mmol)，最后称取0.0363g的硝酸铜(0.15mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的泡沫镍浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于100℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出泡沫镍，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁铜氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFeCu-LDH/NF作为工作电极。在饱和的电解质为1.0MKOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图9所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为415mV。
实施例7
(1)泡沫镍的预处理：取一块未经任何处理的泡沫镍，利用美工刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的泡沫镍放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除泡沫镍表面的杂质。
(2)镍铁锌氢氧化物的制备：称取0.1817g的六水合硝酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0505g的九水合硝酸铁(0.125mmol)，最后称取0.0204g的氯化锌(0.15mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的泡沫镍浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于90℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出泡沫镍，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁锌氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFeZn-LDH/NF作为工作电极。在饱和的电解质为1.0MKOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图10所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为268mV。
实施例8
(1)镍粉的预处理：取未经任何处理的镍粉0.2g放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除镍粉表面的杂质。
(2)镍铁钼氢氧化物的制备：称取0.1817g的六水合硝酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.1014g的六水合氯化铁(0.375mmol)，最后称取0.0265g的钼酸铵(0.02mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的镍粉浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于80℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出镍粉，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁钼氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFeMo-LDH作为工作电极。在饱和的电解质为1.0M KOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图11所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为318mV。
实施例9
(1)镍铬合金网的预处理：取一块未经任何处理的镍铬合金网，利用剪刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的合金网放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除镍铬合金网表面的杂质。
(2)镍铁钌氢氧化物的制备：称取0.1817g的六水合硝酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0338g的六水合氯化铁(0.125mmol)，最后称取0.0311g的氯化钌(0.15mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的镍铬合金网浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于70℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出合金网，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁钌氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFeRu-LDH作为工作电极。在饱和的电解质为1.0M KOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图12所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为254mV。
实施例10
(1)不锈钢网的预处理：取一块未经任何处理的不锈钢网，利用剪刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的不锈钢网放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除不锈钢网表面的杂质。
(2)镍铁钨氢氧化物的制备：称取0.1817g的六水合硝酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0338g的六水合氯化铁(0.125mmol)，最后称取0.0380g的钨酸铵(0.0125mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的不锈钢网浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于60℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出不锈钢网，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁钨氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFeW-LDH作为工作电极。在饱和的电解质为1.0M KOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图13所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为323mV。
实施例11
(1)镍网的预处理：取一块未经任何处理的镍网，利用剪刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的镍网放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除镍网表面的杂质。
(2)镍铁铂氢氧化物的制备：称取0.1817g的六水合硝酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0338g的六水合氯化铁(0.125mmol)，最后称取0.0300g的氯化铂(0.11mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的镍网浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于100℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出镍网，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁铂氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFePt-LDH作为工作电极。在饱和的电解质为1.0M KOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图14所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为276mV。
实施例12
(1)泡沫镍的预处理：取一块未经任何处理的泡沫镍，利用美工刀和直尺将其裁剪成合适的尺寸(1cm×1cm)，将裁剪好的泡沫镍放入100mL的玻璃烧杯中，依次在丙酮、盐酸、去离子水、无水乙醇中各超声清洗10min，这一步的目的是为了去除泡沫镍表面的杂质。
(2)镍铁镧氢氧化物的制备：称取0.1817g的六水合硝酸镍(0.625mmol)，至100mL的玻璃烧杯中，再称取0.01502g的脲(0.25mmol)和0.0338g的六水合氯化铁(0.125mmol)，最后称取0.0474g的乙酸镧(0.15mmol)加入烧杯中。用量筒量取50mL的去离子水加入到100mL的烧杯中，放入磁子，将烧杯放到磁力搅拌器上，室温下磁力搅拌5min溶解成颜色均匀的溶液；将步骤(1)提前处理好的泡沫镍浸泡在烧杯内，将烧杯放入水浴锅中于50℃水热反应7h。
(3)水热反应结束后，待烧杯内溶液冷却至室温后，取出泡沫镍，用去离子水洗涤3次，在干燥箱100℃下真空干燥3h。即得到镍铁镧氢氧化物。
(4)电化学OER性能测试：测试采用标准的三电极测试体系，将汞氧化汞作为参比电极，石墨棒作为对电极，制备的NiFeLa-LDH/NF作为工作电极。在饱和的电解质为1.0MKOH溶液中测试电化学OER性能，所有的数据都是未进行iR补偿测试获得。
催化剂的OER性能测试结果如图15所示，在电流密度为10mA/cm2处的过电位为252mV。
根据本发明的制备方法具有普适性，即适用其他金属氢氧化物制备，例如第Ⅳ，第Ⅴ，第Ⅵ周期金属氢氧化物制备。例如实施例4为NiFeCo氢氧化物制备，如果反应物不添加六水合氯化铁，可以制备出NiCo氢氧化物，可以用于电催化OER。另外，部分现有技术中需要添加氟化铵来调节NiFe氢氧化物中Ni和Fe的元素比例，本发明可以不添加氟化铵，但添加后同样可制备。
以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。

Claims (10)

1.一种碱性电解水催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：
S1，对基体进行超声处理以去除表面杂质，得到预处理的基体；
S2，将镍盐、碱和铁盐溶解在去离子中得到混合溶液，镍盐与铁盐的比例为0.5mmol～0.625mmol:0.125mmol～0.5mmol，将预处理的基体浸泡在混合溶液中在50-100℃温度下进行水热反应；
S3，冷却，清洗，干燥，得到具有纳米片堆叠结构的双金属或三金属层状氢氧化物作为碱性电解水催化剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碱性电解水催化剂为NiFe-LDH、NiFeCo-LDH、NiFeMn-LDH、NiFeCu-LDH、NiFeZn-LDH、NiFeMo-LDH、NiFeRu-LDH、NiFeW-LDH、NiFePt-LDH或NiFeLa-LDH。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，基底为泡沫镍、泡沫镍铁、泡沫铁、镍网、不锈钢网、镍铬合金网或镍粉。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，铁盐为氯化铁、硫酸铁或硝酸铁。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碱为脲、尿素、氨水、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾或碳酸氢铵。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，镍盐、脲、铁盐和去离子水的比例为0.5mmol～0.625mmol:0.25mmol:0.125mmol～0.5mmol。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S2还包括将钴盐、锰盐、铜盐、锌盐、钼盐、钌盐、钨盐、铂盐或镧盐溶解在去离子中得到混合溶液。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的制备方法得到的碱性电解水催化剂，其特征在于，该碱性电解水催化剂具有2D纳米片堆叠结构，纳米片堆叠成空心球状结构使其比表面积翻倍。
10.根据权利要求8所述的碱性电解水催化剂在工业电解水上的应用，其特征在于，碱性电解水催化剂作为三电极体系中的工作电极。
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