CN109554723A - 一种羟基氧化铁纳米阵列及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种羟基氧化铁纳米阵列及其制备方法和应用，制备方法包括如下步骤：(1)称取铁盐和硝酸钠，溶于水中，搅拌获得混合均匀的溶液；(2)将所述溶液和不锈钢网进行水热反应，得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列；本发明通过将羟基氧化铁纳米棒担载到不锈钢网上，发挥两者的协同作用，制备得到了水电解催化性能优异、稳定性好的有序化电极。并可通过掺杂改性进一步优化羟基氧化铁的导电性能，以提高电极的水电解催化活性与稳定性。
Description
技术领域
本发明属于催化剂制备技术领域，尤其涉及一种羟基氧化铁纳米阵列及其制备方法和应用。
背景技术
燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能源转换装置，具有转化效率高、环境友好等优点，被认为是解决未来能源问题的一种有效途径。目前，大功率燃料电池主要以氢为燃料，因此制氢、储氢技术的发展直接影响燃料电池的商业化进程。水电解制氢是一种以水为原料，通过电化学方法制氢的装置，它具有清洁、高效等优点，另外，它与燃料电池的过程恰好相反，两者相辅相成，可以结合组成可再生燃料电池，实现真正意义上的循环可再生，因此水电解制氢是一种理想的获取氢能的技术选择。作为水电解制氢的核心部件，电极材料的开发一直受到研究人员的重点关注。目前，以铂、铱、钌等贵金属的水电解催化性能最优，但成本高昂，不利于商业化，因此，开发低廉、高效的非贵金属催化剂成为水电解领域的研究热点。众所周知，铁元素在自然界中储量丰富，来源广泛，而且低毒危害小，环境友好，因此被广泛开发用于水电解催化。已有的研究结果表明，铁元素在水电解中能够发挥优异的催化作用，显著提高制氢效率，因此铁基催化剂有望成为低廉、高效的商业化水电解催化剂。羟基氧化铁是一种含水氧化铁矿物，极易由铁盐水解制得，并呈规则的棒状结构。引入基底后，羟基氧化铁纳米棒会在基底表面有序生长，呈阵列结构，暴露出较大的比表面积，这对催化过程十分有利。综上所述，羟基氧化铁纳米棒的制备方法简单，重复性好，与基底结合后易于形成比表面积大、催化性能优异的有序化电极。因此，以碳纸、碳布担载的羟基氧化铁纳米阵列电极及其改性电极被广泛研究用于水电解。然而，碳纸与碳布的成本高昂，加工过程复杂，且导电性能较差，抗氧化、抗腐蚀性能差。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述羟基氧化铁基底的缺陷，提供一种羟基氧化铁纳米阵列及其制备方法和应用，通过将羟基氧化铁纳米棒担载到不锈钢网上，发挥两者的协同作用，制备得到了水电解催化性能优异、稳定性好的有序化电极。
为了实现上述目的，在基础的实施方案中，本发明一方面提供一种羟基氧化铁纳米阵列的制备方法，包括如下步骤：
(1)称取铁盐和硝酸钠，溶于水中，搅拌获得混合均匀的溶液；铁盐的浓度为0.05mol/L～0.3mol/L，铁盐与硝酸钠的摩尔比为1:3～3:1；
(2)将所述溶液和不锈钢网进行水热反应，得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列；所述水热反应的温度为40℃～160℃，反应时间为0.5h～24h。
在一种优选的实施方案中，所述的步骤(1)中，所述铁盐选自氯化铁和硝酸铁。
在一种优选的实施方案中，所述的步骤(1)中，铁盐与硝酸钠的摩尔比为3:4～3:2。
在一种优选的实施方案中，所述的步骤(2)中，所述水热反应的温度为90℃～150℃，反应时间为1h～12h。
本发明另一方面提供了上述制备方法制得的羟基氧化铁纳米阵列。
本发明还提供了上述制备方法制得的羟基氧化铁纳米阵列的应用，将其硫化或磷化改性以制备得到硫掺杂或磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极。
在一种优选的实施方案中，所述制备得到硫掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极，包括如下步骤：
将所述不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列浸入含硫化剂的水溶液中进行硫化处理，得到硫掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极。
在一种优选的实施方案中，所述硫化剂选自硫化钠、硫化铵、硫脲和硫代乙酰胺，硫化剂在水溶液中的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L；所述硫化温度为25℃～120℃，硫化时间为1h～24h。
在一种优选的实施方案中，所述制备得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极，包括如下步骤：
将不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列放入瓷舟中，加入磷化剂，再将瓷舟放入高温管式炉内，于惰性气氛下进行磷化处理，得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极。
在一种优选的实施方案中，所述磷化剂为次磷酸钠或红磷，磷化剂与羟基氧化铁的摩尔比为10:1～30:1；所述磷化温度为200℃～500℃，磷化时间为1h～12h。
本发明的有益效果是：本发明将羟基氧化铁纳米棒担载到不锈钢网上，发挥两者的协同作用，制备得到了水电解催化性能优异、稳定性好的有序化电极；另外，可通过掺杂改性进一步优化羟基氧化铁的导电性能，以提高电极的水电解催化活性与稳定性。本发明先采用一步法制得不锈钢网担载羟基氧化铁，然后利用硫化或磷化改性制得硫掺杂或磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极，制备工艺简单，成本低廉，重复性好，沉积在不锈钢网上的羟基氧化铁及其改性而来的硫化铁或磷化铁纳米粒子均呈现规则均匀的纳米棒状，排列整齐有序，并且不锈钢网担载的硫化铁或磷化铁纳米阵列可直接用作水电解的电极材料，电化学催化性能优异，在水电解领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为实施例一制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米粒子的SEM形貌图。
图2为实施例三制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图3为实施例五制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图4为实施例六制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图5为实施例七制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图6为实施例八制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图7为实施例十一制得的硫掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图8为实施例十一制得的硫掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的EDS能谱图。
图9为实施例十八制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图10为实施例十八制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的EDS能谱图。
图11为实施例十九制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图12为实施例十九制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的EDS能谱图。
图13为实施例二十制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
图14为实施例二十制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的EDS能谱图。
图15为不同条件制备的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的电化学析氢(HER)性能比较图。
图16为不同条件制备的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的电化学析氧(OER)性能比较图。
图17为不同条件制备的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极的电化学析氢(HER)性能比较图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互结合。应当理解的是，这里所使用的术语“和/或”包括其中一个或更多所列出的相关联项目的任意和所有组合。
在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
为了解决现有技术中上述羟基氧化铁基底的缺陷，本发明实施例以铁盐、硝酸钠和不锈钢网为原料，先通过水热反应制备了不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列，然后通过离子交换法制备了硫掺杂或磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极，从电极的微观形貌来看，硫掺杂或磷掺杂后的羟基氧化铁依然保留了规则的纳米棒状形貌，在不锈钢网上排列有序，暴露了较大的比表面积，表现出更高的水电解催化性能。因而，本发明实施例以廉价、电导率高、耐腐蚀、耐高温的商业化不锈钢网作导电基底，不仅降低了成本，而且从理论上有利于提高电极的水电解催化性能；本发明实施例利用水热合成在不锈钢网上沉积了形貌规则、排列整齐有序的羟基氧化铁纳米棒，方法简单有效，重现性好，得到的纳米棒状羟基氧化铁能够暴露出较大的比表面，对提高催化性能十分有利；本发明实施例利用离子交换法实现了羟基氧化铁的掺杂改性，得到硫掺杂或磷掺杂的羟基氧化铁纳米棒状阵列，进一步提高了电极的电导率和水电解催化性能。
以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。实施例中所用的材料可通过市售渠道获得。
实施例一
称取9mmol氯化铁(浓度为0.3mol/L)和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，160℃加热1h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。图1为实施例一制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米粒子的SEM形貌图。
实施例二
称取9mmol氯化铁(浓度为0.1mol/L)和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，40℃加热24h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。
实施例三
称取9mmol(浓度为0.05mol/L)氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，80℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。图2为实施例三制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
实施例四
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，90℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。
实施例五
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，120℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。图3为实施例五制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
实施例六
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，140℃加热1h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。图4为实施例六制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
实施例七
称取4.5mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，120℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。图5为实施例七制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
实施例八
称取4.5mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，90℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。图6为实施例八制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。
实施例九
称取3mmol硝酸铁(浓度为0.1mol/L)和9mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，160℃加热0.5h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。
实施例十
称取18mmol氯化铁(浓度为0.3mol/L)和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，120℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。
实施例十一
将实施例三(80℃水热反应12h)制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列浸入60mL硫化钠溶液(0.2mol/L)中，25℃反应24h，最后将不锈钢网取出低温烘干，即可得到硫掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。图7为实施例十一制得的硫掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。图8为实施例十一制得的硫掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的EDS能谱图。
实施例十二
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，80℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。之后，将烘干的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列浸入60mL硫化铵溶液(0.1mol/L)中，25℃反应24h，最后将不锈钢网取出低温烘干，即可得到硫掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。
实施例十三
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，80℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。之后，将烘干的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列浸入60mL硫脲溶液(0.3mol/L)中，120℃反应1h，最后将不锈钢网取出低温烘干，即可得到硫掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。
实施例十四
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，80℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。之后，将烘干的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列浸入60mL硫代乙酰胺溶液(0.3mol/L)中，120℃反应24h，最后将不锈钢网取出低温烘干，即可得到硫掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。
实施例十五
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，40℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。之后，将烘干的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列放入瓷舟中，加入次磷酸钠0.27mol，再将瓷舟放入高温管式炉内，在氮气氛围下，将管式炉的温度升至200℃，反应12h，待温度降至室温后取出不锈钢网，即可得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。
实施例十六
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，80℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。之后，将烘干的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列放入瓷舟中，加入红磷0.09mol，再将瓷舟放入高温管式炉内，在氩气氛围下，将管式炉的温度升至500℃，反应1h，待温度降至室温后取出不锈钢网，即可得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。
实施例十七
称取9mmol氯化铁和6mmol硝酸钠溶于60mL去离子水中，待溶解完全后得到黄色溶液，同时裁剪2.5cm*6cm大小的不锈钢网，先后用丙酮、3mol/L盐酸以及去离子水超声清洗干净，然后将氯化铁与硝酸钠的混合溶液倒入100mL水热反应釜中，并将清洗干净的不锈钢网浸入溶液内部，后将反应釜放入鼓风烘箱内，40℃加热12h，将不锈钢网取出后低温烘干，即可得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列。之后，将烘干的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列放入瓷舟中，加入次磷酸钠0.135mol，再将瓷舟放入高温管式炉内，在氮气氛围下，将管式炉的温度升至300℃，反应1h，待温度降至室温后取出不锈钢网，即可得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。
实施例十八
将实施例三(80℃水热反应12h)制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列放入瓷舟中，加入次磷酸钠0.135mol，再将瓷舟放入高温管式炉内，在氮气氛围下，将管式炉的温度升至300℃，反应1h，待温度降至室温后取出不锈钢网，即可得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。图9为实施例十八制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。图10为实施例十八制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的EDS能谱图。
实施例十九
将实施例五(120℃水热反应12h)制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列放入瓷舟中，加入次磷酸钠0.135mol，再将瓷舟放入高温管式炉内，在氮气氛围下，将管式炉的温度升至300℃，反应1h，待温度降至室温后取出不锈钢网，即可得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。图11为实施例十九制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。图12为实施例十九制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的EDS能谱图。
实施例二十
将实施例六(140℃水热反应1h)制得的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列放入瓷舟中，加入次磷酸钠0.135mol，再将瓷舟放入高温管式炉内，在氮气氛围下，将管式炉的温度升至300℃，反应1h，待温度降至室温后取出不锈钢网，即可得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极。图13为实施例二十制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的SEM形貌图。图14为实施例二十制得的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的EDS能谱图。
另外，图15为不同条件制备的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的电化学析氢(HER)性能比较图。图16为不同条件制备的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的电化学析氧(OER)性能比较图。图17为不同条件制备的磷掺杂不锈钢网担载羟基氧化铁纳米电极的电化学析氢(HER)性能比较图。
通过上述各实施例的附图可知，沉积在不锈钢网表面的羟基氧化铁基本呈规则的纳米棒状，排列整齐有序，随着反应温度和反应时间的变化，不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列的电化学析氢和析氧性能发生改变，其中以140℃水热反应1h得到的电极的水电解催化性能最佳，通过掺杂改性后得到的硫掺杂或磷掺杂的羟基氧化铁依然保留了棒状形貌，电导率提高，其中磷掺杂的羟基氧化铁纳米电极的电化学催化析氢性能获得显著的提高。
Claims (10)
1.一种羟基氧化铁纳米阵列的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)称取铁盐和硝酸钠，溶于水中，搅拌获得混合均匀的溶液；铁盐的浓度为0.05mol/L～0.3mol/L，铁盐与硝酸钠的摩尔比为1:3～3:1；
(2)将所述溶液和不锈钢网进行水热反应，得到不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列；所述水热反应的温度为40℃～160℃，反应时间为0.5h～24h。
2.根据权利要求1所述的羟基氧化铁纳米阵列的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，所述铁盐选自氯化铁和硝酸铁。
3.根据权利要求1所述的羟基氧化铁纳米阵列的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，铁盐与硝酸钠的摩尔比为3:4～3:2。
4.根据权利要求1所述的羟基氧化铁纳米阵列的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中，所述水热反应的温度为90℃～150℃，反应时间为1h～12h。
5.如权利要求1-4任一项所述制备方法制得的羟基氧化铁纳米阵列。
6.如权利要求1-4任一项所述制备方法制得的羟基氧化铁纳米阵列的应用，其特征在于：将所述羟基氧化铁纳米阵列硫化或磷化改性，以制备得到硫掺杂或磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极。
7.根据权利要求6所述羟基氧化铁纳米阵列的应用，其特征在于：所述制备得到硫掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极，包括如下步骤：
将所述羟基氧化铁纳米阵列浸入含硫化剂的水溶液中进行硫化处理，得到硫掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极。
8.根据权利要求7所述羟基氧化铁纳米阵列的应用，其特征在于：所述硫化剂选自硫化钠、硫化铵、硫脲和硫代乙酰胺，硫化剂在水溶液中的浓度为0.1mol/L～0.3mol/L；所述硫化温度为25℃～120℃，硫化时间为1h～24h。
9.根据权利要求6所述羟基氧化铁纳米阵列的应用，其特征在于：所述制备得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极，包括如下步骤：
将所述羟基氧化铁纳米阵列放入瓷舟中，加入磷化剂，再将瓷舟放入高温管式炉内，于惰性气氛下进行磷化处理，得到磷掺杂的不锈钢网担载羟基氧化铁纳米阵列电极。
10.根据权利要求9所述羟基氧化铁纳米阵列的应用，其特征在于：所述磷化剂为次磷酸钠或红磷，磷化剂与羟基氧化铁的摩尔比为10:1～30:1；所述磷化温度为200℃～500℃，磷化时间为1h～12h。
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| Date | Code | Title | Description |
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| GR01 | Patent grant | ||
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