CN113563596A - 一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片及其制备方法和应用 - Google Patents

一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种Fe掺杂Ni‑MOF纳米片及其制备方法和应用，属于电化学材料制备技术领域，该方法包括以下步骤：S1、将对苯二甲酸和可溶性铁盐充分溶解于溶剂中，得到溶液B；其中，对苯二甲酸和可溶性铁盐的质量比为1：0.1～0.3；S2、将以泡沫镍为基底的NiCo‑LDH纳米片材料和S1得到的溶液B置于密闭容器中，然后在100～120℃下进行溶剂热高压反应，反应完成后，过滤、干燥，得到Fe‑Ni‑MOF纳米片。通过溶剂热营造高温高压环境技术和金属离子协同作用相结合的方法合成价格低廉、电催化性能优异的Fe‑Ni‑MOF的分层纳米片结构的电催化剂，方法简单，便于操作。

Description

一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及电化学材料制备技术领域，具体涉及一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片及其制备方法和应用。
背景技术
电催化析氧反应(OER)是电解水和金属-空气电池等能源存储转化技术中至关重要的半反应。受限于四电子转移耦合过程，OER是动力学缓慢过程。即使是使用昂贵的催化剂，OER过程仍需要较高的过电位。因此，开发高活性且稳定的OER电催化剂具有重要意义。
目前，根据材料的属性，碱性环境中OER催化剂大致可分为两类：一是RuO2、IrO2等的贵金属掺杂的催化剂；二是基于Fe、Ni、Co等过渡金属催化剂。贵金属材料成本昂贵、储量少，在OER过程中不够稳定，其应用受到一定的限制。相反，过渡金属基催化剂价格低廉，含量丰富，使得该材料成为研究热点。
金属有机框架催化剂(MOFs)是一种新型的自组装型多孔晶体材料，结合了无机和有机材料的特性，具有价格低廉、孔道结构易于调控、比表面积大、具有大量不饱和的金属活性位点等优势，在气体储存和分离、传感、催化等方面得到了广泛的研究。然而，MOFs导电性能较差，阻碍了电催化性能的发挥。因此，提高MOFs材料的导电性、增大电化学活性面对于增强电催化性能至关重要。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，通过溶剂热营造高温高压环境技术和金属离子协同作用相结合的方法，合成价格低廉、电催化性能优异的Fe-Ni-MOF的分层纳米片结构的电催化剂，该方法简单，便于操作，详细探究了该电催化剂在碱性电解液中OER催化性能及催化稳定性。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1、将对苯二甲酸和可溶性铁盐充分溶解于溶剂中，得到溶液B；其中，对苯二甲酸和可溶性铁盐的质量比为1：0.1～0.3；
S2、将以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S1得到的溶液B置于密闭容器中，然后在100～120℃下进行溶剂热高压反应，反应完成后，得到Fe-Ni-MOF纳米片。
进一步，S1中，所述可溶性铁盐为FeCl3·6H2O、硫酸铁、硝酸铁中的任意一种或多种。
进一步，S1中，所述溶剂为DMF水溶液，所述DMF水溶液是由DMF与水以体积比为5：1混合得到的。
进一步，S2中，以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料是由以下方法制备得到的：
将可溶性钴盐、可溶性镍盐和六亚甲基四胺充分溶解于乙二醇水溶液中，得到溶液A；
将预处理的泡沫镍和溶液A置于密闭容器中，然后在100～120℃下进行溶剂热高压反应，反应完成后，得到以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料。
更进一步，所述可溶性钴盐为Co(NO3)2·6H2O、硫酸钴、氯化钴中的任意一种或多种；所述可溶性镍盐为Ni(NO3)2·6H2O、硫酸镍、氯化镍中的任意一种或多种。
更进一步，所述乙二醇水溶液是由乙二醇与水以体积比1：5混合得到的。
更进一步，可溶性钴盐、可溶性镍盐和六亚甲基四胺的质量比为2：1：3～6。
更进一步，可溶性镍盐和可溶性铁盐的质量比为2.5～5：1。
更进一步，泡沫镍的预处理方法如下：
将泡沫镍放置于盐酸溶液中超声清洗20min；再用水超声清洗4次，每次清洗时间均为5min；最后再使用乙醇超声清洗5min；其中，盐酸溶液是由质量浓度为37％的盐酸与水以体积比1：3混合得到的。
更进一步，在溶剂热高压反应之前，预处理的泡沫镍需要按一定的角度放置于密闭容器中，其中，预处理的泡沫镍的一端抵接在密闭容器的底部，其另一端抵靠在密闭容器的侧壁上。
当然，在溶剂热高压反应之前，以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料也需要按一定的角度放置于反应容器中，其中，以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料的一端抵接在密闭容器的底部，其另一端抵靠在密闭容器的侧壁上。如此，可避免反应得到的Fe-Ni-MOF纳米片直接落在泡沫镍上。
本发明还提供一种采用上述方法得到的Fe掺杂Ni-MOF纳米片，其中，该Fe掺杂Ni-MOF纳米片呈分层纳米片状结构。
本发明还提供一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片在电催化析氧上的应用。
本发明的有益效果：
1、本发明的方法通过溶剂热营造高温高压环境技术和金属离子协同作用相结合的方法，合成价格低廉、电催化性能优异的Fe-Ni-MOF的分层纳米片结构的电催化剂，该方法简单，便于操作，详细探究了该电催化剂在碱性电解液中OER催化性能及催化稳定性。
2、本发明的方法主要是利用水热法合成片状形貌的NiCo-LDH，并以前驱体NiCo-LDH纳米片作为牺牲模板，利用溶剂热方法原位合成Fe-Ni-MOF，得到片状形貌的纳米片状结构。在反应过程中，Ni离子的原位释放，与外加的少量Fe3+能够有效促进Fe-Ni-MOF的生长。
3、本发明的方法制备的材料具有分层片状结构，增大了电催化剂的比表面积；从NiCo-LDH中释放的Ni离子和外源掺杂添加的Fe离子作为金属中心，通过稳健的配位键与对苯二甲酸(TPA)有机分子的氧配位合成Fe-Ni-MOF，能够有效提高其反应活性，从而显著提高析氧性能，降低反应过程中的能耗。
附图说明
图1是采用本发明实施例1制备的Fe-Ni-MOF纳米片的SEM图像。
图2是采用本发明实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片与NiCo-LDH纳米片材料的电催化析氧性能的极化曲线(LSV)。
图3是采用本发明实施例1制备的Fe-Ni-MOF纳米片在200mA·cm-2的计时安培曲线。
图4是实施例1-3中不同添加量的Fe离子制备的Fe-Ni-MOF对析氧性能影响的曲线图。
图5是实施例2与不加铁离子的对比例2得到的产物的析氧性能曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下述各实施例中所述实验方法如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可在市场上购买得到。
其中，可溶性镍盐为本领域技术人员熟知的可溶性镍盐即可，并无特殊的限制，在本发明中优选为六水合硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的任意一种或多种；可溶性钴盐为本领域技术人员熟知的可溶性钴盐即可，并无特殊的限制，本发明中优选为六水合硝酸钴、硫酸钴、氯化钴中的任意一种或多种；所述可溶性铁盐为本领域技术人员熟知的可溶性铁盐即可，并无特殊的限制，本发明中优选为六水合氯化铁、硫酸铁、硝酸铁的任意一种或多种。
需要说明的是，本发明制备方法中，反应需要在溶剂热环境下营造高温高压环境条件，才能促使反应正常进行。而这一条件，需要在溶剂量达到反应釜总体积的2/5～3/5左右。例如，溶剂用10mL左右反应釜选用25mL，溶剂用20mL左右反应釜选用50mL。而在无法达到溶剂热营造的高温高压条件下，反应无法正常进行，也就无法得到本发明的产物。
另外，本发明的制备方法中，铁离子的用量不可过多。这主要是由于在铁离子过量的情况下，铁离子会与泡沫镍反应，使得泡沫镍基体变脆，从而无法形成本发明的片状的产物结构，而影响产物的形态，最终也会影响产物的析氧性能。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，具体见实施例1～4。
实施例1
一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1、利用水热方法制备前驱体NiCo-LDH纳米片
S1.1、将Co(NO3)2·6H2O(0.08g，0.275mmol)、Ni(NO3)2·6H2O(0.04g，0.1375mmol)、六亚甲基四胺(HMT，0.234g)溶于12mL乙二醇水溶液(乙二醇与去离子水的体积比为1：5)中，搅拌至形成均匀溶液，得到溶液A；
S1.2、将泡沫镍放置于盐酸溶液中超声清洗20min；再用水超声清洗4次，每次清洗时间均为5min；最后再使用乙醇超声清洗5min，得到预处理的泡沫镍；其中，盐酸溶液是由质量浓度为37％的盐酸与水以体积比1：3混合得到的；
S1.3、将一片S1.2预处理的泡沫镍按一定角度倾斜抵靠在25mL的Teflon-lined反应釜中，然后加入S1.1配制好的溶液A，密闭反应釜，并使反应釜在120℃环境下反应10小时，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；自然冷却到室温后，过滤，并用去离子水和乙醇洗涤三次，45℃干燥过夜后，得到一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料；
S2、利用溶剂热方法原位生长Fe-Ni-MOF纳米片
以NiCo-LDH为牺牲模板，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂，对苯二甲酸(BDC)作为有机配体，六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)作为提供外来的铁源。具体生长过程如下：
S2.1、将对苯二甲酸(BDC，50mg)和FeCl3·6H2O(13.5mg，0.05mmol)溶解于6mL DMF水溶液(DMF与去离子水的体积比为5：1)中，得到溶液B；
S2.2、将S1.3得到的一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S2.1的溶液B置于25mL的Teflon-lined反应釜中，密闭反应釜，并于100℃环境下反应24h，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；冷却至室温后，过滤，并用DMF和去离子水洗涤三次，45℃下干燥3h，得到Fe-Ni-MOF纳米片。
实施例2
一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1、利用水热方法制备前驱体NiCo-LDH纳米片
S1.1、将Co(NO3)2·6H2O(0.08g，0.275mmol)、Ni(NO3)2·6H2O(0.04g，0.1375mmol)、六亚甲基四胺(HMT，0.234g)溶于12mL乙二醇水溶液(乙二醇与去离子水的体积比为1：5)中，搅拌至形成均匀溶液，得到溶液A；
S1.2、将泡沫镍放置于盐酸溶液中超声清洗20min；再用水超声清洗4次，每次清洗时间均为5min；最后再使用乙醇超声清洗5min，得到预处理的泡沫镍；其中，盐酸溶液是由质量浓度为37％的盐酸与水以体积比1：3混合得到的；
S1.3、将一片S1.2预处理的泡沫镍按一定角度倾斜抵靠在25mL的Teflon-lined反应釜中，然后加入S1.1配制好的溶液A，密闭反应釜，并使反应釜在120℃环境下反应10小时，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；自然冷却到室温后，过滤，并用去离子水和乙醇洗涤三次，45℃干燥过夜后，得到一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料；
S2、利用溶剂热方法原位生长Fe-Ni-MOF纳米片
以NiCo-LDH为牺牲模板，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂，对苯二甲酸(BDC)作为有机配体，六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)作为提供外来的铁源。具体生长过程如下：
S2.1、将对苯二甲酸(BDC，50mg)和FeCl3·6H2O(8mg，0.03mmol)溶解于6mL DMF水溶液(DMF与去离子水的体积比为5：1)中，得到溶液B；
S2.2、将S1.3得到的一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S2.1的溶液B置于25mL的Teflon-lined反应釜中，密闭反应釜，并于120℃环境下反应20h，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；冷却至室温后，过滤，并用DMF和去离子水洗涤三次，45℃下干燥3h，得到Fe-Ni-MOF纳米片。
实施例3
一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1、利用水热方法制备前驱体NiCo-LDH纳米片
S1.1、将Co(NO3)2·6H2O(0.08g，0.275mmol)、Ni(NO3)2·6H2O(0.04g，0.1375mmol)、六亚甲基四胺(HMT，0.24g)溶于12mL乙二醇水溶液(乙二醇与去离子水的体积比为1：5)中，搅拌至形成均匀溶液，得到溶液A；
S1.2、将泡沫镍放置于盐酸溶液中超声清洗20min；再用水超声清洗4次，每次清洗时间均为5min；最后再使用乙醇超声清洗5min，得到预处理的泡沫镍；其中，盐酸溶液是由质量浓度为37％的盐酸与水以体积比1：3混合得到的；
S1.3、将一片S1.2预处理的泡沫镍按一定角度倾斜抵靠在25mL的Teflon-lined反应釜中，然后加入S1.1配制好的溶液A，密闭反应釜，并使反应釜在120℃环境下反应10小时，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；自然冷却到室温后，过滤，并用去离子水和乙醇洗涤三次，45℃干燥过夜后，得到一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料；
S2、利用溶剂热方法原位生长Fe-Ni-MOF纳米片
以NiCo-LDH为牺牲模板，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂，对苯二甲酸(BDC)作为有机配体，六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)作为提供外来的铁源。具体生长过程如下：
S2.1、将对苯二甲酸(BDC，50mg)和FeCl3·6H2O(16mg，0.06mmol)溶解于6mL DMF水溶液(DMF与去离子水的体积比为5：1)中，得到溶液B；
S2.2、将S1.3得到的一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S2.1的溶液B置于25mL的Teflon-lined反应釜中，密闭反应釜，并于110℃环境下反应22h，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；冷却至室温后，过滤，并用DMF和去离子水洗涤三次，45℃下干燥3h，得到Fe-Ni-MOF纳米片。
实施例4
一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1、利用水热方法制备前驱体NiCo-LDH纳米片
S1.1、将Co(NO3)2·6H2O(0.08g，0.275mmol)、Ni(NO3)2·6H2O(0.04g，0.1375mmol)、六亚甲基四胺(HMT，0.12g)溶于12mL乙二醇水溶液(乙二醇与去离子水的体积比为1：5)中，搅拌至形成均匀溶液，得到溶液A；
S1.2、将泡沫镍放置于盐酸溶液中超声清洗20min；再用水超声清洗4次，每次清洗时间均为5min；最后再使用乙醇超声清洗5min，得到预处理的泡沫镍；其中，盐酸溶液是由质量浓度为37％的盐酸与水以体积比1：3混合得到的；
S1.3、将一片S1.2预处理的泡沫镍按一定角度倾斜抵靠在25mL的Teflon-lined反应釜中，然后加入S1.1配制好的溶液A，密闭反应釜，并使反应釜在100℃环境下反应12小时，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；自然冷却到室温后，过滤，并用去离子水和乙醇洗涤三次，45℃干燥过夜后，得到一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料；
S2、利用溶剂热方法原位生长Fe-Ni-MOF纳米片
以NiCo-LDH为牺牲模板，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂，对苯二甲酸(BDC)作为有机配体，六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)作为提供外来的铁源。具体生长过程如下：
S2.1、将对苯二甲酸(BDC，50mg)和FeCl3·6H2O(13.5mg，0.05mmol)溶解于6mL DMF水溶液(DMF与去离子水的体积比为5：1)中，得到溶液B；
S2.2、将S1.3得到的一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S2.1的溶液B置于25mL的Teflon-lined反应釜中，密闭反应釜，并于100℃环境下反应24h，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；冷却至室温后，过滤，并用DMF和去离子水洗涤三次，45℃下干燥3h，得到Fe-Ni-MOF纳米片。
对比例1
一种Fe掺杂Ni-MOF纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
S1、利用水热方法制备前驱体NiCo-LDH纳米片
S1.1、将Co(NO3)2·6H2O(0.08g，0.275mmol)、Ni(NO3)2·6H2O(0.04g，0.1375mmol)、六亚甲基四胺(HMT，0.234g)溶于12mL乙二醇水溶液(乙二醇与去离子水的体积比为1：5)中，搅拌至形成均匀溶液，得到溶液A；
S1.2、将泡沫镍放置于盐酸溶液中超声清洗20min；再用水超声清洗4次，每次清洗时间均为5min；最后再使用乙醇超声清洗5min，得到预处理的泡沫镍；其中，盐酸溶液是由质量浓度为37％的盐酸与水以体积比1：3混合得到的；
S1.3、将一片S1.2预处理的泡沫镍按一定角度倾斜抵靠在25mL的Teflon-lined反应釜中，然后加入S1.1配制好的溶液A，密闭反应釜，并使反应釜在120℃环境下反应10小时，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；自然冷却到室温后，过滤，并用去离子水和乙醇洗涤三次，45℃干燥过夜后，得到一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料；
S2、利用溶剂热方法原位生长Fe-Ni-MOF纳米片
以NiCo-LDH为牺牲模板，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂，对苯二甲酸(BDC)作为有机配体，六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)作为提供外来的铁源。具体生长过程如下：
S2.1、将对苯二甲酸(BDC，50mg)和FeCl3·6H2O(27mg，0.10mmol)溶解于6mL DMF水溶液(DMF与去离子水的体积比为5：1)中，得到溶液B；
S2.2、将S1.3得到的一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S2.1的溶液B置于25mL的Teflon-lined反应釜中，密闭反应釜，并于100℃环境下反应24h，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；冷却至室温后，过滤，并用DMF和去离子水洗涤三次，45℃下干燥3h，得到Fe-Ni-MOF纳米材料。
对比例2
一种NiCo-MOF纳米片的制备方法，包括以下步骤：
S1、利用水热方法制备前驱体NiCo-LDH纳米片
S1.1、将Co(NO3)2·6H2O(0.08g，0.275mmol)、Ni(NO3)2·6H2O(0.04g，0.1375mmol)、六亚甲基四胺(HMT，0.234g)溶于12mL乙二醇水溶液(乙二醇与去离子水的体积比为1：5)中，搅拌至形成均匀溶液，得到溶液A；
S1.2、将泡沫镍放置于盐酸溶液中超声清洗20min；再用水超声清洗4次，每次清洗时间均为5min；最后再使用乙醇超声清洗5min，得到预处理的泡沫镍；其中，盐酸溶液是由质量浓度为37％的盐酸与水以体积比1：3混合得到的；
S1.3、将一片S1.2预处理的泡沫镍按一定角度倾斜抵靠在25mL的Teflon-lined反应釜中，然后加入S1.1配制好的溶液A，密闭反应釜，并使反应釜在120℃环境下反应10小时，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；自然冷却到室温后，过滤，并用去离子水和乙醇洗涤三次，45℃干燥过夜后，得到一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料；
S2、利用溶剂热方法原位生长Ni-MOF纳米片
以NiCo-LDH为牺牲模板，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)作为有机溶剂，对苯二甲酸(BDC)作为有机配体。具体生长过程如下：
S2.1、将对苯二甲酸(BDC，50mg)溶解于6mL DMF水溶液(DMF与去离子水的体积比为5：1)中，得到溶液B；
S2.2、将S1.3得到的一片以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S2.1的溶液B置于25mL的Teflon-lined反应釜中，密闭反应釜，并于100℃环境下反应24h，以此通过溶剂热营造高温高压反应环境；冷却至室温后，过滤，并用DMF和去离子水洗涤三次，45℃下干燥3h，得到NiCo-MOF纳米片。
实施例1～4以及对比例1～2中，Ni(NO3)2·6H2O与FeCl3·6H2O的添加量比值如表1所示。
表1Ni(NO3)2·6H2O与FeCl3·6H2O的添加量比值
Figure BDA0003180907700000111
Figure BDA0003180907700000121
实施例1～4的方法均能够得到Fe-Ni-MOF的分层纳米片结构的电催化剂，因此，下面对实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片进行高倍扫描电镜(SEM)实验，结果如图1所示。
从图1中可以清晰地观察到分层的纳米片结构，能够增大电催化剂的比表面积，这也是Fe-Ni-MOF纳米片能够提高电催化析氧性能的一种重要原因。
应用实施例1
将实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片应用于碱性环境下的电催化析氧，具体操作如下：
将实施例1制备的Fe-Ni-MOF纳米片置于三电极系统中，电解液为1M KOH溶液，利用线性扫描伏安法测其OER性能；电极的稳定性利用计时电流程序设置在200mA·cm-2电流密度下运行20h。
应用实施例2
将实施例2得到的Fe-Ni-MOF纳米片应用于碱性环境下的电催化析氧，具体操作如下：
将实施例2制备的Fe-Ni-MOF纳米片置于三电极系统中，电解液为1M KOH溶液，利用线性扫描伏安法测其OER性能；电极的稳定性利用计时电流程序设置在200mA·cm-2电流密度下运行20h。
应用实施例3
将实施例3得到的Fe-Ni-MOF纳米片应用于碱性环境下的电催化析氧，具体操作如下：
将实施例3制备的Fe-Ni-MOF纳米片置于三电极系统中，电解液为1M KOH溶液，利用线性扫描伏安法测其OER性能；电极的稳定性利用计时电流程序设置在200mA·cm-2电流密度下运行20h。
应用对比例1
对比例1的Fe-Ni-MOF纳米材料由于加入的FeCl3·6H2O的用量过多,对泡沫镍腐蚀严重，因此，对比例1的载有催化剂的泡沫镍不能直接作为工作电极测试。
应用对比例2
将对比例2中没有添加铁离子得到的NiCo-MOF纳米片应用于碱性环境下的电催化析氧，具体操作如下：
将对比例2制备的Ni-MOF纳米材料置于三电极系统中，电解液为1M KOH溶液，利用线性扫描伏安法测其OER性能；电极的稳定性利用计时电流程序设置在200mA·cm-2电流密度下运行20h。
应用实施例1～3以及应用对比例2的电催化析氧性能测试结果，如图2～5所示。
图2是实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片与NiCo-LDH纳米片材料的电催化析氧性能的极化曲线(LSV)。
从图2中可以看出，实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片具有优异的电催化析氧性能。其中，实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片在各电流密度下的过电位都比NiCo-LDH低，如在电流密度50mA·cm-2时，NiCo-LDH的过电位为426mV，而Fe-Ni-MOF的过电位仅为290mV。由此可说明，实施例1得到的Fe-Ni-MOF在碱性电解液中OER活性更有优势。
图3是实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片在200mA·cm-2的计时安培曲线。
由图3结果表明，实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片的电催化活性在200mA cm-2可保持至少20h。由此可见，实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片在高电流密度下展现出优异的稳定性，具有重要意义。
图4是实施例1-3中不同添加量的Fe离子对析氧性能影响的曲线图。
由图4可以看出，铁的掺杂量对电催化剂析氧性能有影响。但是并不是铁的加入量越多越好，而过多的Fe3+会与配体形成梭形形貌，影响片状形貌的转化。且在铁离子过量的情况下，铁离子会与泡沫镍反应，使得泡沫镍基体变脆，而无法形成本发明实施例的片状的产物结构。从而影响产物的形态，最终会影响产物的析氧性能，且没有本发明实施例1得到的Fe-Ni-MOF纳米片的析氧效果好。
图5是实施例2与不加铁离子的对比例2的析氧性能曲线图。
由图5可以看出，实施例2中少量铁离子的掺入得到的催化剂的析氧性能明显提高。当然，在铁离子量太少，也就是没有添加铁离子的情况下，产物为NiCo-MOF纳米片，这一产物对析氧性能也会有影响，没有本发明实施例2得到的Fe-Ni-MOF纳米片的析氧效果好。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将对苯二甲酸和可溶性铁盐充分溶解于溶剂中，得到溶液B；其中，对苯二甲酸和可溶性铁盐的质量比为1：0.1～0.3；
S2、将以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料和S1得到的溶液B置于密闭容器中，然后在100～120℃下进行溶剂热高压反应，反应完成后，得到Fe-Ni-MOF纳米片。
2.根据权利要求1所述的Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，其特征在于，S1中，所述可溶性铁盐为FeCl3·6H2O、硫酸铁、硝酸铁中的任意一种或多种。
3.根据权利要求1所述的Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，其特征在于，S1中，所述溶剂为DMF水溶液，所述DMF水溶液是由DMF与水以体积比为5：1混合得到的。
4.根据权利要求1所述的Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，其特征在于，S2中，以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料是由以下方法制备得到的：
将可溶性钴盐、可溶性镍盐和六亚甲基四胺充分溶解于乙二醇水溶液中，得到溶液A；
将预处理的泡沫镍和溶液A置于密闭容器中，然后在100～120℃下进行溶剂热高压反应，反应完成后，得到以泡沫镍为基底的NiCo-LDH纳米片材料。
5.根据权利要求4所述的Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，其特征在于，所述可溶性钴盐为Co(NO3)2·6H2O、硫酸钴、氯化钴中的任意一种或多种；所述可溶性镍盐为Ni(NO3)2·6H2O、硫酸镍、氯化镍中的任意一种或多种。
6.根据权利要求4所述的Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，其特征在于，所述乙二醇水溶液是由乙二醇与水以体积比1：5混合得到的。
7.根据权利要求4所述的Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，其特征在于，可溶性钴盐、可溶性镍盐和六亚甲基四胺的质量比为2：1：3～6。
8.根据权利要求4所述的Fe掺杂Ni-MOF纳米片的制备方法，其特征在于，可溶性镍盐和可溶性铁盐的质量比为2.5～5：1。
9.一种采用权利要求1～8任意一项所述的方法制备得到的Fe掺杂Ni-MOF纳米片，其特征在于，该Fe掺杂Ni-MOF纳米片呈分层纳米片状结构。
10.一种权利要求9所述的Fe掺杂Ni-MOF纳米片在电催化析氧上的应用。
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