CN113668013B - 基于巯基苯并噻唑制备双功能电解水催化剂的方法 - Google Patents

基于巯基苯并噻唑制备双功能电解水催化剂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明利用防锈剂分子2‑巯基苯并噻唑对金属离子的强络合作用，以及加热过程中释放出氨气提供碱性条件的特性，在泡沫镍导电基底上一步原位合成钼镍铁类水滑石/纳米碳双功能催化剂。该方法避免了有机分子衍生碳基催化剂严苛的高温条件，前驱体溶液中金属络合物的分子特性能使金属种类纳米粒子均匀地分散在纳米碳载体上，使其增加比表面积和活性位点；以及金属种类与碳材料之间的接触和相互作用，加快了电子传输速率、导电性和稳定性，使其表现出良好的电催化性能，为潜在的双功能电解水催化剂的开发提供了重要思路和方法。

Description

基于巯基苯并噻唑制备双功能电解水催化剂的方法
技术领域：
本发明属于新能源材料技术及电催化技术领域，具体涉及溶剂热法一步原位合成钼镍铁类水滑石/纳米碳/泡沫镍双功能电催化剂的方法，还包括催化剂在碱性电解水阳极析氧反应、阴极析氢反应和全解水中的电催化应用。
背景技术：
电解水被认为是最有前途的制氢技术之一。但电解水的大规模商业应用受以下三方面的限制：(i)驱动整体水分解仍需要较大的过电位(相对于水分解的理论电位1.23V而言)；(ii)催化剂的稳定性差；(iii)贵金属基电催化剂的高成本。目前，析氧反应(OER)和析氢反应(HER)的基准电催化剂仍是Pt基和Ru/Ir的贵金属催化剂，除了较高的成本，贵金属在水分解过程中还会出现溶解、团聚和耐久性差等问题。
类水滑石基催化剂由于其低成本、化学组成结构可调控和制备工艺简单逐渐引起研究人员的关注。镍铁类水滑石作为典型的类水滑石基催化剂虽然具有出色OER性能但HER性能并不突出。且单独的类水滑石材料存在导电性和稳定性差等问题。这些问题阻碍了镍铁类水滑石作为双功能电催化剂的发展。
本发明以防锈剂2-巯基苯并噻唑(MBT)为配体，泡沫镍为导电基底，通过溶剂热的方式，一步原位合成了钼镍铁类水滑石/纳米碳/泡沫镍复合物电催化剂，可避免在严苛的高温条件就能实现类水滑石和碳基催化剂的复合。通过引入钼元素，可改善镍铁类水滑石HER活性不佳的问题。MBT防锈剂分子对金属离子具有强络合作用，其极性基团在前驱体溶液中可将铁离子和镍离子牢牢地络合固定，使其在溶剂热过程中使形成的NiFeMo-LDH嵌入纳米碳，而且还为氮掺杂纳米碳载体的形成提供了碳源和氮源。虽然钼酸根离子没有被MBT络合，但在MBT转化为氮掺杂纳米碳起到催化作用。
本发明仅通过简单的溶剂热便实现了类水滑石纳米片和纳米碳载体的复合，纳米碳载体和泡沫镍导电基底为类水滑石纳米片提供机械支撑，提高了复合催化剂的导电性和稳定性。前驱体溶液中金属络合物的分子特性有利于生成的NiFe-LDH/MoO3纳米粒子的均匀分布，使更多活性位点暴露。一步原位合成的方法增强了金属活性位点与纳米碳之间的相互作用和接触面积，加快了电子传输速率。该方法所得电催化剂充分发挥了类水滑石和纳米碳在电催化方面的协同作用，对开发新型双功能电解水催化剂具有重要意义。
发明内容：
针对现有衍生碳基催化剂存在的严苛制备条件以及本领域研究和应用的需求，本发明的目的之一是提供一种制备类水滑石/纳米碳双功能电解水催化剂的方法，其特征在于仅通过简单的溶剂热合成碳基复合催化剂，包括以下具体步骤：
取数片1.5cm×1cm规格的泡沫镍，将其放入3mol·L-1的盐酸溶液中超声30min，30min后将泡沫镍取出并用去离子水冲洗干净，后分别在乙醇和去离子水中超声5min，将处理好的泡沫镍放入烘箱50℃下干燥6h，备用；
称取0.05～0.5克的MBT分散在15mL N，N-二甲基甲酰胺中，形成黄色均一溶液A；将0.146g Ni(NO3)3·6H2O、0.101g Fe(NO3)3·9H2O和0.132g(NH4)Mo7O24·4H2O溶解在15mLN，N-二甲基甲酰胺中，形成浅绿色溶液B；将溶液A和溶液B混合后，室温下磁力搅拌1h后，加入两片处理好的泡沫镍，转移至聚四氟乙烯不锈钢高压反应釜中，120～200℃，反应8～16h，自然冷却至室温，用乙醇和去离子水分别冲洗三次，60℃真空干燥后得到催化剂NiFeMo-LDH/C/Ni foam；
上述步骤中Ni(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和(NH4)Mo7O24·4H2O的摩尔比为6:3:9；所得NiFeMo-LDH/C催化剂均匀负载在泡沫镍上，NiFeMo-LDH呈超薄纳米片，其厚度为2～6nm；MoO3和NiFe-LDH相交织在一起，通过镶嵌的方式组装在氮掺杂的纳米碳上。
本发明的目的之二是提供一种类水滑石/纳米碳双功能电解水催化剂在碱性电解水阳极OER、阴极HER以及全解水反应中的应用。
本发明借助防锈剂分子MBT对金属离子的强络合作用，泡沫镍为导电基底，通过简单溶剂热的方法一步原位合成NiFeMo-LDH/C/Ni foam，避免了有机配体衍生碳基催化剂严苛的制备条件，纳米碳载体和泡沫镍导电基底为类水滑石纳米片提供机械支撑，增加复合催化剂的导电性、稳定性以及电解水反应催化活性。
与现有技术相比，本发明具有以下主要优点和有益效果：
1)本发明所述的双功能电解水催化剂为非贵金属复合材料，所用原料易于购买和制备，资源丰富且价格较低，易于操作，便于大规模生产；
2)本发明所述的双功能电解水催化剂制备方法比较简单，相比于有机配体衍生的碳基催化剂，仅通过简单溶剂热反应制得；
3)本发明所述的电解水催化剂保持镍铁类水滑石优越的OER活性，增加了HER和全解水活性，较目前研究报道的类水滑石催化剂的催化活性具有显著优势；
4)本发明所述的双功能电解水催化剂与商品化贵金属催化剂相比，稳定性得到了明显提高，能在电解水过程中保持良好的催化活性。
附图说明：
图1为实施例1所得NiFeMo-LDH/C复合催化剂和对比例1所得NiFe-LDH/C的XRD图谱。
图2为实施例1所得NiFeMo-LDH/C复合催化剂的透射电镜及高倍透射电镜图。
图3为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam、对比例1所得NiFe-LDH/C/Ni foam、对比例2所得NiMo/C/Ni foam、对比例3所得NiFeMo/Ni foam以及对比例4所得Ni foam的OER线性伏安曲线图。
图4实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam时间-电流曲线和CV循环后的LSV用于OER稳定性测试。
图5为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam、对比例1所得NiFe-LDH/C/Ni foam、对比例2所得NiMo/C/Ni foam、对比例3所得NiFeMo/Ni foam以及对比例4所得Ni foam的Nyquist曲线。
图6为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam、对比例1所得NiFe-LDH/C/Ni foam、对比例2所得NiMo/C/Ni foam、对比例3所得NiFeMo/Ni foam以及对比例4所得Ni foam的双电层电容(Cdl)。
图7为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam、对比例1所得NiFe-LDH/C/Ni foam、对比例2所得NiMo/C/Ni foam、对比例3所得NiFeMo/Ni foam以及对比例4所得Ni foam在1MKOH溶液中HER线性伏安曲线图。
图8为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam的时间-电流曲线和CV循环后的LSV用于HER稳定性测试。
图9为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam和对比例4所得Ni foam分别构建两电极体系在1MKOH溶液中的全解水测试。
图10为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam构建两电极体系全解水反应的时间-电流曲线。
具体实施方式：
为进一步理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但并不以任何方式限制本发明。
实施例1：
取数片1.5cm×1cm规格的泡沫镍，将其放入3mol·L-1的盐酸溶液中超声30min，30min后将泡沫镍取出并用去离子水冲洗干净，后分别在乙醇和去离子水中超声5min。将处理好的泡沫镍放入烘箱50℃下干燥6h，备用；
室温下称取0.084g MBT(2-巯基苯并噻唑)将其分散在15mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明淡黄均一溶液A，分别称取0.146g Ni(NO3)2·6H2O、0.101g Fe(NO3)3·9H2O和0.132g(NH4)6Mo7O24·6H2O溶解在15mL DMF中，室温下以600rpm磁力搅拌2h，使其完全溶解形成浅绿色溶液B。将溶液A和溶液B混合后，磁力搅拌2h，形成明黄色均一溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，加入两片处理好的泡沫镍，160℃下反应12h，自然冷却至室温，将泡沫镍取出后用去离子水反复冲洗干净，50℃烘箱干燥6h后得到产物，记为NiFeMo-LDH/C/Ni foam。
实施例2：
取数片1.5cm×1cm规格的泡沫镍，将其放入3mol·L-1的盐酸溶液中超声30min，30min后将泡沫镍取出并用去离子水冲洗干净，后分别在乙醇和去离子水中超声5min。将处理好的泡沫镍放入烘箱50℃下干燥6h，备用；
室温下称取0.132g MBT(2-巯基苯并噻唑)将其分散在15mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明淡黄均一溶液A，分别称取0.146g Ni(NO3)2·6H2O、0.101g Fe(NO3)3·9H2O和0.092g(NH4)6Mo7O24·6H2O溶解在15mL DMF中，室温下以600rpm磁力搅拌2h，使其完全溶解形成浅绿色溶液B。将溶液A和溶液B混合后，磁力搅拌2h，形成明黄色均一溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，加入两片处理好的泡沫镍，120℃下反应16h，自然冷却至室温，将泡沫镍取出后用去离子水反复冲洗干净，50℃烘箱干燥6h后得到产物，记为NiFeMo-LDH/C/Ni foam。
实施例3：
取数片1.5cm×1cm规格的泡沫镍，将其放入3mol·L-1的盐酸溶液中超声30min，30min后将泡沫镍取出并用去离子水冲洗干净，后分别在乙醇和去离子水中超声5min。将处理好的泡沫镍放入烘箱50℃下干燥6h，备用；
室温下称取0.054g MBT(2-巯基苯并噻唑)将其分散在15mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明淡黄均一溶液A，分别称取0.146g Ni(NO3)2·6H2O、0.101g Fe(NO3)3·9H2O和0.182g(NH4)6Mo7O24·6H2O溶解在15mL DMF中，室温下以600rpm磁力搅拌2h，使其完全溶解形成浅绿色溶液B。将溶液A和溶液B混合后，磁力搅拌2h，形成明黄色均一溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，加入两片处理好的泡沫镍，180℃下反应8h，自然冷却至室温，将泡沫镍取出后用去离子水反复冲洗干净，50℃烘箱干燥6h后得到产物，记为NiFeMo-LDH/C/Ni foam。
实施例4：
取数片1.5cm×1cm规格的泡沫镍，将其放入3mol·L-1的盐酸溶液中超声30min，30min后将泡沫镍取出并用去离子水冲洗干净，后分别在乙醇和去离子水中超声5min。将处理好的泡沫镍放入烘箱50℃下干燥6h，备用；
室温下称取0.214g MBT(2-巯基苯并噻唑)将其分散在15mL N，N-二甲基甲酰胺(DMF)中，形成透明淡黄均一溶液A，分别称取0.146g Ni(NO3)2·6H2O、0.101g Fe(NO3)3·9H2O和0.172g(NH4)6Mo7O24·6H2O溶解在15mL DMF中，室温下以600rpm磁力搅拌2h，使其完全溶解形成浅绿色溶液B。将溶液A和溶液B混合后，磁力搅拌2h，形成明黄色均一溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，加入两片处理好的泡沫镍，140℃下反应12h，自然冷却至室温，将泡沫镍取出后用去离子水反复冲洗干净，50℃烘箱干燥6h后得到产物，记为NiFeMo-LDH/C/Ni foam。
对比例1：
室温下称取0.084g MBT将其分散在15mLDMF中，形成透明淡黄均一溶液A，称取0.146g Ni(NO3)2·6H2O和0.101g Fe(NO3)3·9H2O溶解在15mL DMF中，室温下以600rpm磁力搅拌2h，使其完全溶解形成溶液B，溶液A和溶液B混合后，磁力搅拌2h，形成明黄色均一溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，加入两片处理好的泡沫镍，160℃下反应12h，自然冷却至室温，泡沫镍取出后用去离子水反复冲洗干净，50℃烘箱干燥6h后得到产物，记为NiFe-LDH/C/Ni foam。
对比例2：
室温下称取0.084g MBT将其分散在15mL DMF中，形成透明淡黄均一溶液A。分别称取0.146g Ni(NO3)2·6H2O和0.132g(NH4)6Mo7O24·6H2O溶解在15mL DMF中，室温下以600rpm磁力搅拌2h，使其完全溶解形成溶液B，将溶液A和溶液B混合后，磁力搅拌2h，形成明黄色均一溶液，将混合溶液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，加入两片处理好的泡沫镍，160℃下反应12h，自然冷却至室温。将泡沫镍取出后用去离子水反复冲洗干净，50℃烘箱干燥6h后得到产物，记为NiMo/C/Ni foam。
对比例3：
室温下分别称取0.146g Ni(NO3)2·6H2O、0.101g Fe(NO3)3·9H2O和0.132g(NH4)6Mo7O24·6H2O溶解在30mL DMF中，室温下以600rpm磁力搅拌1h，使其形成均一溶液，将溶液转移到聚四氟乙烯不锈钢高压釜中，加入两片处理好的泡沫镍，160℃下反应12h，自然冷却至室温，将泡沫镍取出后用去离子水反复冲洗干净，50℃烘箱干燥6h后得到产物，记为NiFeMo/Ni foam。
对比例4：
取数片1.5cm×1cm规格的泡沫镍，将其放入3mol·L-1的盐酸溶液中超声30min，30min后将泡沫镍取出并用去离子水冲洗干净，后分别在乙醇和去离子水中超声5min。将处理好的泡沫镍放入烘箱50℃下干燥6h，记为Ni foam。
图1为实施例1剥离下来的NiFeMo-LDH/C复合物和对比例1剥离下来的NiFe-LDH/C的XRD图谱。如图所示，NiFe-LDH/C的XRD结果显示NiFe-LDH和Fe2O3的特征衍射峰；而对于NiFeMo-LDH/C的XRD结果显示在保持镍铁类水滑石大体结构的情况下，Mo元素以MoO3的形式掺杂其中，表明Mo元素的成功引入，Mo元素的引入将极大增强其HER活性。
图2(A-C)为实施例1所得NiFeMo-LDH/C不同放大倍数的透射电镜图。可以明显观察到深浅不一的叠加区域，浅色部分为纳米碳载体，深色部分显示钼镍铁类水滑石纳米片，可以观察到类水滑石较完整的纳米片状结构。所得NiFeMo-LDH/C复合催化剂中NiFeMo-LDH呈超薄纳米片，其厚度为2～6nm。图2(D)为NiFeMo-LDH/C复合催化剂高分辨透射电镜。白色虚线区域显示纳米碳与钼镍铁类水滑石界限分明。同时高倍透射晶格条纹清晰，NiFe-LDH(101)晶面和MoO3的(200)晶面，与XRD的结果一致，表明纳米碳负载的钼镍铁水滑石纳米片成功合成。
实施例5：
取相同面积的实施例1、对比例1、对比例2、对比例3以及对比例4，用去离子水和乙醇溶液反复冲洗干净，待其完全干燥后在CHI660D电化学工作站上测定其OER电催化性能；
上述电催化性能测试均以饱和Ag/AgCl电极为参比电极，碳棒为对电极，构建三电极体系，扫速为5mV/s，电解液为1M KOH。
实施例6：
取相同面积的实施例1、对比例1、对比例2、对比例3以及对比例4所得的催化剂电极，用去离子水和乙醇溶液反复冲洗干净，待其完全干燥后在CHI660D电化学工作站上测定其HER电催化性能；
上述电催化性能测试均以饱和Ag/AgCl电极为参比电极，碳棒为对电极，构建三电极体系，扫速为5mV/s，电解液为1M KOH。
实施例7：
取相同面积的实施例1以及对比例4所得的催化剂电极，用去离子水和乙醇溶液反复冲洗干净，待其完全干燥后，分别构建两电极体系，通过CHI660D电化学工作站上测试全解水催化性能。
上述电催化性能测试均以实施例1和对比例4所得的催化剂电极构建两电极体系，扫速为5mV/s，电解液为1M KOH。
图3为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam、对比例1所得NiFe-LDH/C/Ni foam、对比例2所得NiMo/C/Ni foam、对比例3所得NiFeMo/Ni foam以及对比例4所得Ni foam的OER线性伏安曲线图。NiFe-LDH/C/Ni foam，虽然起始电位较小导致10mA/cm2时的过电位仅为98mV小于NiFeMo-LDH/C/Ni foam的124mV。但50mA/cm2时的过电位为249mV明显大于NiFeMo-LDH/C/Ni foam的205mV。而NiMo/C/Ni foam 50mA/cm2时的过电位为317mV。Fe在前驱体溶液中与防锈剂分子络合，并在水热过程中嵌入防锈剂转化的碳载体，不仅仅是作为OER的活性的中心，对催化剂的结构也具有重要影响，因此没有Fe的参与其OER性能有较明显的衰减。为了证明MBT的作用，同样测得NiFeMo/Ni foam的LSV，50mA/cm2时的过电位为444mV。相比与目标催化剂过电位增大近130mV。MBT不仅是作为载体碳的碳源，形成支撑保护水滑石片的纳米碳载体，更是可以络合金属离子，使金属离子嵌入碳网络。同时为了排除泡沫镍的OER活性的影响，测试了空白泡沫镍基底的LSV，生长了NiFeMo-LDH/C催化剂的泡沫镍50mA/cm2时的过电位提升214mV。通过以上分析，NiFeMo-LDH/C/Ni foam催化剂中各种组分不可或缺、协同作用造就了目标催化剂极为出色的OER性能。
图4实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam时间-电流曲线和CV循环后的LSV用于评估OER稳定性。NiFeMo-LDH/C/Ni foam保持10mA/cm2长达20h以上无明显衰减。经过1000次循环后，10mA/cm2时的过电位仅衰减5mV。经过2500次循环后，10mA/cm2时的过电位仅衰减15mV。NiFeMo-LDH/C/Ni foam具有良好的OER稳定性。一方面是因为催化剂是一步原位生长在泡沫镍上，形成自支撑电极。除了泡沫镍本身的导电性极佳，因为避免了粘结剂的使用，增大了接触面积极大的加快了催化剂的电子传输速率。另外由MBT转化的纳米碳对NiFeMo-LDH起到一定支撑保护的作用，MBT还在前躯体溶液中牢牢络合金属离子，促进类水滑石纳米片嵌入碳层，进一步增大接触面积，增强其机械强度,使其具有较长的使用寿命。
图5为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam、对比例1所得NiFe-LDH/C/Ni foam、对比例2所得NiMo/C/Ni foam、对比例3所得NiFeMo/Ni foam以及对比例4所得Ni foam的Nyquist曲线。是在1M KOH溶液中，电位1.35V(vs RHE)下，进行阻抗测试以测试其电荷转移能力，等效电路图见插图。NiFeMo-LDH/C/Ni foam的半圆弧半径最小，表明其电荷转移速度最快，其次是NiFe-LDH/C/Ni foam、NiMo/C/Ni foam、NiFeMo/Ni foam以及单独的Ni foam。Mo的掺杂、Fe和MBT转化的纳米碳都极大的加快了催化剂的动力学行为。
图6为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam、对比例1所得NiFe-LDH/C/Ni foam、对比例2所得NiMo/C/Ni foam、对比例3所得NiFeMo/Ni foam以及对比例4所得Ni foam在1MKOH溶液中，测得不同扫速CV曲线计算所得双电层电容(Cdl)。电化学活性面积(ECSA)是评估催化剂本征活性的一个重要参数，ECSA与Cdl成正比。如图所示，Ni foam、NiFeMo/Ni foam、NiMo/C/Ni foam、NiFe-LDH/C/Ni foam和NiFeMo-LDH/C/Ni foam的Cdl分别为0.604、3.68、3.90、5.14和6.20mF·cm-2。很好地解释了NiFeMo-LDH/C/Ni foam OER催化活性优越的原因。
图7为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam、对比例1所得NiFe-LDH/C/Ni foam、对比例2所得NiMo/C/Ni foam、对比例3所得NiFeMo/Ni foam以及对比例4所得Ni foam在1MKOH溶液中HER线性伏安曲线图。如图所示，单独的Ni foam的10mA/cm2时过电位为243mV，而对于NiFe-LDH/C/Ni foam，10mA/cm2时过电位为208mV，由于没有钼元素的掺杂，其HER性能仍不理想。而对于NiMo/C/Ni foam，10mA/cm2电流密度时过电位为195mV。虽然根据以往的研究Fe更多是作为OER的活性中心存在。但由于没有Fe组分的存在，可能根本完好无法形成水滑石纳米片结构。同样对于没有MBT的NiFeMo/Ni foam，HER性能甚不理想，10mA/cm2时过电位为145mV，虽然较之前有较大改善，仍与目标催化剂NiFeMo-LDH/C/Ni foam的60mV，存在较大的差距。NiFeMo-LDH/C/Ni foam具有如此优越的HER性能，首先得益于Mo作为HER的活性中心掺杂其中，其次由于MBT的存在，形成的纳米碳载体对于催化剂的结构有了较好的支撑和保护，同时纳米碳载体和类水滑石的结合也绝不仅仅是简单的堆叠，MBT在前驱体溶液络合了铁离子和镍离子，使类水滑石纳米片在水热过程中紧紧嵌入碳层，使各部分紧密结合，使得类水滑石与碳载体之间的接触面积大大提高，加快了其电子传输速率，从而提高其催化活性。
图8为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam的时间-电流曲线和CV循环后的LSV用于HER稳定性测试。NiFeMo-LDH/C/Ni foam保持10mA/cm2长达20h并无明显衰减。经过1000次CV循环后，10mA/cm2时的过电位仅衰减1mV。经过2500次CV循环后，10mA/cm2时的过电位仅衰减18mV。NiFeMo-LDH/C/Ni foam良好的HER稳定性不仅源于镍泡沫上原位生长合成催化剂形成自支撑电极，更是由于MBT转化的纳米碳载体为类水滑石纳米片提供了机械支撑。
图9为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam和对比例4所得Ni foam分别构建两电极体系在1MKOH溶液中的全解水测试。NiFeMo-LDH/C/Ni foam(+)||NiFeMo-LDH/C/Ni foam(-)体系10mA/cm2时电位为1.51V，已经超过了绝大多数的非贵金属基催化剂，且显著优于Ni foam(+)||Ni foam(-)体系，具有极为优越的水分解催化性能。
图10为实施例1所得NiFeMo-LDH/C/Ni foam构建两电极体系全解水反应的时间-电流曲线。保持10mA/cm2电流密度长达14h，其性能无明显衰减。表明作为全解水催化剂良好的使用寿命。

Claims (2)

1.一种制备双功能电解水催化剂的方法，其特征在于利用防锈剂分子2-巯基苯并噻唑对金属离子的强络合作用和加热过程中释放出氨气提供碱性条件的特性，在泡沫镍上一步原位合成钼镍铁类水滑石/纳米碳双功能催化剂，其中防锈剂分子2-巯基苯并噻唑，记为MBT，钼镍铁类水滑石/纳米碳/泡沫镍记为NiFeMo-LDH/C/Ni foam，包括以下具体步骤：
取数片1.5cm×1cm规格的泡沫镍，将其放入3mol·L-1的盐酸溶液中超声30min，30min后将泡沫镍取出并用去离子水冲洗干净，后分别在乙醇和去离子水中超声5min，将处理好的泡沫镍放入烘箱50℃下干燥6h，备用；
称取0.05～0.5克的MBT分散在15mL N，N-二甲基甲酰胺中，形成黄色均一溶液A；将0.146g Ni(NO3)3·6H2O、0.101g Fe(NO3)3·9H2O和0.132g(NH4)Mo7O24·4H2O溶解在15mL N，N-二甲基甲酰胺中，形成浅绿色溶液B；将溶液A和溶液B混合后，室温下磁力搅拌1h后，加入两片处理好的泡沫镍，转移至聚四氟乙烯不锈钢高压反应釜中，120～200℃，反应8～16h，自然冷却至室温，用乙醇和去离子水分别冲洗三次，60℃真空干燥后得到催化剂NiFeMo-LDH/C/Ni foam；
上述步骤中Ni(NO3)3·6H2O、Fe(NO3)3·9H2O和(NH4)Mo7O24·4H2O的摩尔比为6:3:9；所得NiFeMo-LDH/C催化剂均匀负载在泡沫镍上，NiFeMo-LDH呈超薄纳米片，其厚度为2～6nm；MoO3和NiFe-LDH相交织在一起，通过镶嵌的方式组装在氮掺杂的纳米碳上。
2.根据权利要求1所述的一种制备双功能电解水催化剂的方法，其特征在于利用该制备方法得到的钼镍铁类水滑石/纳米碳/泡沫镍复合物可用于碱性电解水阳极析氧反应、阴极析氢反应和全解水反应。
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