CN115125550B - 一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法和双功能异质结纳米材料及其用途 - Google Patents

一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法和双功能异质结纳米材料及其用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法和双功能异质结纳米材料及其用途；该材料为NiFePBA@NiFe‑LDH/NF异质结纳米材料，NiFePBA以Ni为第一金属位点，氰化亚铁为第二金属位点和有机框架负载于泡沫镍上；NiFe‑LDH负载于NiFePBA上，NiFe‑LDH的层间阴离子为柠檬酸根。制备方法：将镍盐、铁盐、聚乙烯吡咯烷酮、泡沫镍NF和柠檬酸钠加入水中，搅拌得到混合溶液；将混合溶液转移至反应釜中，再加入预处理好的泡沫镍进行水热合成反应；将反应结束后泡沫镍清洗后，真空干燥，即得到目标产物。本发明克服了传统电催化剂价格、能耗高的缺点，以及常规两相异质结需多步调节合成的问题。

Description

一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法和双功能异质 结纳米材料及其用途
技术领域
本发明涉及纳米电催化材料技术领域。具体地说是一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法和双功能异质结纳米材料及其用途。
背景技术
随着有害废水排放导致的环境问题迅速增加，以及传统能源供应不足导致的能源需求不断增长，迫切需要寻找替代传统化石燃料的可持续和可再生能源。电化学水裂解是一种生态友好的策略，可有效解决全球能源和环境危机，其中主要决定因素是析氧反应(OER)，这是因为四质子耦合电子转移过程缓慢，活化势垒高。另外，尿素氧化反应(UOR)是决定新兴尿素基能量转换系统性能的关键反应，在缓解能源危机和环境问题方面发挥着关键作用。从工业废水和富含尿液的废水中，尿素被认为是一种很有前景的发电和生产氢燃料的来源，这是废水处理和可持续替代能源开发的潜在途径。然而，由于复杂的六电子转移过程和复杂的气体生成步骤，UOR的动力学本质上很慢，因此本质上需要高效和坚固的催化剂来降低反应势垒。因此，开发低成本、高活性的OER及UOR的双功能电催化剂是必不可少的策略。
金属有机骨架(MOF)作为非贵金属电催化剂的一种，由有机配体连接的金属离子或团簇组成，在多相电化学催化领域受到广泛关注。与其他催化剂相比，MOF具有比表面积大、表面原子结构和孔径可调以及超高孔隙率等优点，已成为OER催化剂中的一颗新星。例如，Zhao等人通过溶解结晶机制在不同基底上制备了NiFe MOF，并发现该材料对OER表现出高催化性能，且过电位较小。Qi等人制备了一种三金属配位聚合物膜，然后通过原位沉积方法将其沉积在泡沫镍(Co0.5Ni0.3Fe0.2BDC-HCPF)上，该三金属配位聚合物膜显示出显著的OER活性。然而，这些已报道的MOF仍然存在质子传输缓慢、导电性差以及有机配体对活性金属离子的阻碍等问题，极大地限制了它们在催化领域的大规模应用。
据文献报道，NiFe-LDH(NiFe-层状双金属氢氧化物)由于其灵活的化学组成特征，也可能成为具有竞争力的OER催化剂候选物，为了使LDH(层状双金属氢氧化物)材料具有显著的OER活性，人们进行了大量的努力。然而，LDH基本上具有较差的固有电导率，并且容易自聚集。近年来，实验和理论研究表明，当LDH纳米片与导电MOF结合时，其表面会发生电荷转移，从而有效地改变界面电子结构，进而促进水的分解。Wehrspohn等人提出具有更好的催化活性NiFe-LDH@NiCoP异质结构比单个组件更重要。但常规的“LDH on MOF”的策略均需要至少两步的实验操作，不仅增加合成成本，还可能会导致功能单一。
因此，如何提供一种一步合成、低成本、高活性的OER及UOR的双功能纳米材料是本领域技术人员亟待解决的技术难题。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法和双功能异质结纳米材料及其用途。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种双功能异质结纳米材料，为NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料，由NiFePBA和NiFe-LDH复合而成；NiFePBA作为金属有机框架，NiFePBA以Ni为第一金属位点，氰化亚铁为第二金属位点和有机框架，负载于泡沫镍NF上；NiFe-LDH负载于NiFePBA上，且NiFe-LDH的层间阴离子为柠檬酸根离子。
一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，包括如下步骤：
步骤(1)：对泡沫镍NF进行预处理，即：将泡沫镍NF依次置于盐酸、水和乙醇中进行超声清洗，超声清洗结束后，吹干备用；
步骤(2)将金属镍盐、金属铁盐、聚乙烯吡咯烷酮和柠檬酸钠加入水中，搅拌至溶解，得到初始混合溶液；目前在制备双金属有机框架材料时多数选用的溶剂为有机溶剂，具有一定腐蚀性和毒性且污染环境，本发明使用超纯水作为溶剂，大大提升了其制备过程的安全性和绿色环境；
步骤(3)：将初始混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，再加入已预处理好的泡沫镍NF，进行水热合成反应；
步骤(4)：将反应结束后得到的泡沫镍NF依次用乙醇和超纯水各清洗三次或三次以上；清洗结束后进行真空干燥，得到双功能两相LDH on MOF异质结纳米材料，即NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料；
有机框架材料NiFePBA是以Ni为第一金属位点，氰化亚铁为第二金属位点和有机框架形成的具有小山峰形貌的纳米材料；NiFe-LDH纳米材料是以Ni和Fe为金属位点形成的片状结构材料。NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料是LDH纳米片与导电MOF复合的纳米材料。本发明的合成方法是利用还原性的柠檬酸钠和铁氰化钾反应生成亚铁氰化钾，再和镍形成有机框架NiFePBA，其中形成MOF的金属比Ni：Fe为2：1。此外再利用额外添加的Ni源(即加入过量的镍盐)诱导金属有机框架NiFePBA外延生长出NiFe-LDH，NiFe-LDH中的阴离子为辅助MOF合成表面活性剂的柠檬酸根；NiFe-LDH纳米材料是被柠檬酸插层的LDH；NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料由NiFePBA和NiFe-LDH复合而成；NiFePBA作为金属有机框架，NiFePBA以Ni为第一金属位点，氰化亚铁为第二金属位点和有机框架，负载于泡沫镍NF上；NiFe-LDH负载于NiFePBA上，且NiFe-LDH的层间阴离子为柠檬酸根离子。本发明采用一步法调控合成新型的双功能LDH on MOF异质结结构纳米材料，使得LDH和MOF两相协同作用来提高电解水的性能。
上述一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，步骤(2)中，金属镍盐为硝酸镍【Ni(NO3)2或Ni(NO3)2·6H2O】、硫酸镍【NiSO4、NiSO4·H2O、NiSO4·2H2O、NiSO4·4H2O、NiSO4·6H2O或NiSO4·7H2O】或氯化镍【NiCl2、NiCl2·6H2O】；金属铁盐为铁氰化钾K3[Fe(CN)6]。
上述一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，金属镍盐、金属铁盐和柠檬酸钠的物质的量之比为(0.15～0.05)：(0.05～0.15)：(0.1～0.3)；聚乙烯吡咯烷酮的加入量与金属镍盐的物质的量之比为(0.1～0.2)：(0.15～0.05)，聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为10000～36000；初始混合溶液中金属镍盐的浓度为2.5～0.83mmol/L。镍盐与铁盐的比例是影响合成反应生成物种类和数量的主要因素之一；当镍盐与铁盐二者的物质的量比值分别为1/3、2/3、1/1、3/2和3/1时，采用上述方法制备得到的化合物会不一样：当镍盐与铁盐的物质的量之比为3：1时，反应生成的PBA和LDH为两相复合最合适的比例，而当镍盐与铁盐的物质的量之比3：2时，则生成的LDH量过少，PBA的量过多，不利于两相的有效复合；而当镍盐与铁盐的物质的量之比为3：3时，则反应仅生成纯PBA，无法复合得到双功能异质结纳米材料。本发明中，聚乙烯吡咯烷酮是合成PBA的形貌引导剂，并保护后面形成两相时其PBA的表面形貌不会塌陷，所以可以利用Ni诱导PBA内部元素的解离；但聚乙烯吡咯烷酮加入量不可过多，否则会导致诱导第二相无法成功，甚至会导致整个溶液体系过于胶粘而无法正常反应；同样，聚乙烯吡咯烷酮的加入量也不可过少，否则会导致PBA的外貌塌陷不均匀，即两相形成不均匀。本发明中柠檬酸钠起还原剂、形貌调节剂及插层剂的作用，且其添加比例及平均分子量范围较为重要，添加过多容易导致LDH的相难以生成，添加过少则易导致LDH的相生成不均匀，直接影响双功能异质结纳米材料的生成及结构。
上述一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，步骤(3)中，合成反应的反应温度为130～160℃，反应时间为12～36h；水热合成反应的反应时间和反应温度是本发明调节合成得到双功能异质结纳米材料的两种主要因素；合成的温度会影响PBA和LDH的合成，温度过高，只会形成LDH的相；温度过低，只会形成PBA的相；合成的时间过短，会导致两相复合不均匀；合成时间过长，导致PBA的相无法保存；步骤(4)中，真空干燥的温度为45～60℃，真空干燥时间为24～30h；真空干燥温度不可过高，导致样品被损坏。
上述一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，步骤(3)中，合成反应的反应温度为150℃，反应时间为24h；步骤(4)中，真空干燥的温度为60℃，真空干燥时间为24h。
上述一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，步骤(1)中，先将泡沫镍NF置于3mol/L的盐酸中超声15min，再在超纯水中超声10min，最后在无水乙醇中超声5min。
双功能异质结纳米材料的用途，将上述NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料作为电催化剂。
上述双功能异质结纳米材料的用途，NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料作为电催化剂用于电催化尿素降解。
上述双功能异质结纳米材料的用途，NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料作为电催化剂用于电催化尿素降解装置中或电催化尿素燃料电池中。
上述双功能异质结纳米材料的用途，电催化尿素降解装置包括阳极电极片、阴极电极片和电解液；阳极电极片和阴极电极片均为NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料，电解液为1mol/L的氢氧化钾+0.33mol/L尿素溶液【即电解液中，氢氧化钾的浓度为1mol/L，尿素的浓度为0.33mol/L】，阳极电极片和阴极电极片的大小均为4cm×4cm；
电催化尿素燃料电池装置包括模具、阳极电极片、阴极电极片和电解液；其中阳极电极片为NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料，阴极电极片为Pt/C，Pt的负载量均为4mg/cm2。
本发明的技术方案取得了如下有益的技术效果：
本发明从水热合成比例、反应时间及反应温度等方面去调节合成单相或两相异质结催化纳米材料，采用一步法调节合成了具有双功能异质结的两相催化剂纳米材料，以LDHon MOF(LDH纳米片与导电MOF结合)为异质结，以Ni和Fe为金属源，制备了NiFePBA@NiFe-LDH/NF纳米材料【PBA是指普鲁士蓝类似物】。本发明克服了传统电催化剂价格昂贵、能耗较高的缺点，也克服了常规两相异质结需多步调节合成的问题。
本发明制备的NiFePBA@NiFe-LDH/NF纳米材料在电流密度为10mA·cm-2的情况下，尿素氧化的低驱动电位为1.34V(相对于RHE)；电解水氧化仅需228mV、269mV及287mV，便可分别达到10mA·cm-2、100mA·cm-2及300mA·cm-2的电流密度。该纳米材料能够快速、高效地将尿素废水中的尿素降解为N2和CO2，将其应用在电催化尿素降解装置中，对尿素浓度为0.33mol/L的尿素废水的降解率可达到92.23％；还可以将其应用于尿素燃料电池中(尿素燃料电池在7.02mA·cm-2时的最大功率密度为1.67mW·cm-2，远远优于使用商用Pt/C作为阳极催化剂的对应电池(在3.97mA·cm-2时为0.75mW·cm-2)。该材料不仅能够满足工业及生活等多个场合的尿素废水处理的要求，实现废水资源化，还可以将尿素废水进行“变废为宝”。
通过本发明的方法制备的金属有机框架NiFePBA具有丰富的孔结构和较大的比表面积，易于与电解质接触，加快传质过程，有利于降低UOR的整体能耗；而制备的金属氢氧化物(LDH)是利用溶液中的阴离子柠檬酸根，合成了柠檬酸插层的NiFe-LDH；然后利用金属有机框架NiFePBA的优势来固定NiFe-LDH并改善其OER和UOR性能，制备得到了NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料，该材料具有更好的OER和UOR电催化性能；不仅可作为OER的高效催化剂，还可作为尿素降解的催化剂及“变废为宝”的尿素燃料电池；不仅克服传统催化剂难以进行精确的电子结构调控问题，还具有良好的催化效果，使得尿素降解所需能耗低，降解率高。
附图说明
图1本发明实施例中一步法调节合成双功能异质结纳米材料的合成示意图；
图2a本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的扫描电镜图(NiFePBA/NF)；
图2b本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的扫描电镜图(LDH on MOF)；
图2c本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的扫描电镜图(t-LDH)；
图3a本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的XRD图(三个化合物的xrd图)；
图3b本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的XRD图(柠檬酸是否插层的NiFe-LDH)；
图4a本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的OER的电催化性能图(化合物OER的LSV图)；
图4b本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的OER的电催化性能图(化合物OER的ECSA图)
图5a本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的尿素降解图(化合物UOR的LSV图)；
图5b本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的尿素降解图(化合物UOR的降解图)；
图6a本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的尿素燃料电池图(化合物尿素燃料电池图的示意图)；
图6b本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的尿素燃料电池图(化合物尿素燃料电池图的性能图)；
图7本发明实施例中制备的一种一步法调控合成新型的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的尿素燃料电池与使用商用Pt/C作为阳极催化剂制备的电池性能对比图；
图中附图标记表示为：1-第一模具外壳；2-第一模具隔板；3-阴极催化剂；4-隔膜；5-阳极催化剂；6-第二模具隔板；7-第二模具外壳。
具体实施方式
一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法的合成示意图如图1所示，具体包括如下步骤：
步骤(1)：泡沫镍NF进行预处理，先将其在3mol/L盐酸中超声15分钟，再在超纯水中超声10分钟，最后在乙醇中超声5分钟，吹干备用；
步骤(2)：将0.15mmol金属镍盐NiCl2·6(H2O)、0.05mmol金属铁盐K3[Fe(CN)6]、0.1mmol聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和0.2mmol柠檬酸钠(TCD)C6H5Na3O7·2H2O加入60mL超纯水中，搅拌至溶解，得到初始混合溶液；聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为10000；
步骤(3)：将初始混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，再加入已预处理好的泡沫镍NF，在150℃条件下反应24h进行水热合成反应；
步骤(4)：将反应结束后得到的泡沫镍NF依次用乙醇和超纯水各清洗三次或三次以上，清洗结束后将其置于真空干燥箱中于60℃干燥24小时，得到双功能两相LDH on MOF异质结纳米材料，即NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结构纳米材料。
本实施例利用化学反应水热一步调控LDH on MOF异质结结构，为两相复合结构提供了一种合成的参考依据；合成的材料具有OER及UOR双功能性能；针对尿素氧化应用可分为尿素降解测试及尿素燃料电池。
图1为一步水热合成的简单示意图，通过控制金属镍源和铁源的比例以及合成时间，去调控合成温度的影响。120℃合成的材料为NiFePBA、180℃合成的材料为柠檬酸钠插层的NiFe-LDH以及150℃合成的材料为NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结构纳米材料。
图2a至图2c为本实施例制备得到的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的扫描电镜图。从图2a中可知金属有机框架材料NiFePBA是以Ni为第一金属位点，氰化亚铁为第二金属位点和有机框架，负载于泡沫镍NF上的具有小山峰形貌的纳米材料；从图2b中可知，本实施例的合成方法是利用还原性的柠檬酸钠和铁氰化钾反应生成亚铁氰化钾，再和镍形成有机框架NiFePBA，其中形成MOF的金属比为Ni：Fe＝2：1；此外再利用额外添加的Ni源(即加入过量的镍盐)诱导金属有机框架NiFePBA外延生长出NiFe-LDH，NiFe-LDH中的阴离子为辅助MOF合成表面活性剂的柠檬酸根；NiFe-LDH纳米材料是被柠檬酸插层的LDH；从图2c中NiFe-LDH异质结纳米材料是以Ni和Fe为金属位点形成的具有片状结构的纳米材料。
图3a和图3b为本实施例制备得到的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料的XRD图；图3a中：t-NFCH@PBA-1为本实施例制备得到的NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结构纳米材料；NFPBA-1是指图1中在120℃合成的材料，即NiFePBA；t-NFCH是指图1中在180℃合成的材料，即柠檬酸钠插层的NiFe-LDH。据图3b可知，本实施案例合成的NiFe-LDH是柠檬酸根插层的，与常规的CO3 2-插层的NiFe-LDH的XRD会往小角度偏移，同时会出现(009)的峰。
对本实施例制备得到的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料分别进行OER催化活性、UOR催化活性的测试，并将其用于尿素降解和尿素燃料电池，测试其尿素降解性能和尿素燃料电池性能。
(1)通过三电极体系测试所制备催化剂的OER催化活性
取实施例制备的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料(1cm×1cm)，作为工作电极，石墨碳棒作为辅助电极，Hg/HgO电极为参比电极，配制1M KOH 100mL作为电解液，测试电解水性能。
从图4a可以看出，以实施例制备的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料为OER催化剂，体系驱动10mA·cm-2的电流密度的电压为228mV。从图4a还可以看出，单相材料的OER性能不如异质结材料，且图4b可看出其ECSA面积，也同OER性能保持一致。需要说明的是，该纳米材料比表面积越大，催化剂暴露出的催化活性位点就越多，越有利于提升催化剂催化尿素降解的效率，二者呈正相关的关系。图4a至图4b以及图5a至图5b中，泡沫镍(NF)：1cm x1 cm，购自赛博材料网；二氧化钌(RuO2)：麦克林；镍铁普鲁士蓝金属有机框架(NFPBA-1)为采用本实施例的方法在120℃的合成条件下制备得到的；柠檬酸根插层的镍铁氢氧化物(t-NFCH)为采用本实施例的方法在120℃的合成条件下制备得到的；柠檬酸根插层的镍铁氢氧化物长在镍铁普鲁士蓝金属有机框架(t-NFCH@PBA-1)为采用本实施案例的方法制备得到的NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结构纳米材料。
(2)通过三电极体系测试所制备催化剂的UOR催化活性及尿素降解性能
取实施例制备的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料(1cm×1cm)，作为工作电极，石墨碳棒作为辅助电极，Hg/HgO电极作为参比电极，配制1mol/L KOH+0.33mol/L尿素100mL作为电解液【即电解液中，氢氧化钾的浓度为1mol/L，尿素的浓度为0.33mol/L】，测试电解尿素性能。尿素降解采取的两极电降解测试，阴阳极均为实施例制备的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料(4cm×4cm)。
从图5a可以看出，以实施例制备的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料为UOR催化剂，体系驱动10mA·cm-2的电流密度的电压为1.34V。从图5a还可以看出，异质结材料的UOR性能远超过单相材料，且图5b可以看出其对尿素的三次降解的降解率分别为92.23％、90.52％及89.45％，说明该双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料对尿素具有较好的降解性能，且降解性能稳定。
(3)通过两电极模具测试所制备催化剂的尿素燃料电池性能
取4mg实施例制备的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料，作为阳极；Pt/C作为阴极，配制1mol/L KOH+0.33mol/L尿素100mL作为电解液【即电解液中，氢氧化钾的浓度为1mol/L，尿素的浓度为0.33mol/L】，测试尿素燃料电池性能。图6a为尿素燃料电池的模具构造示意图；从图6b可以看出，以实施例制备的双功能两相LDH on MOF异质结结构纳米材料为UOR催化剂，体系在7.02mA·cm-2时的最大功率密度为1.67mW·cm-2，远远优于使用商用Pt/C作为阳极催化剂的对应电池(在3.97mA·cm-2时为0.75mW·cm-2)，如图7所示。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利申请权利要求的保护范围之中。

Claims (9)

1.双功能异质结纳米材料，其特征在于，为NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料，由NiFePBA和NiFe-LDH复合而成；NiFePBA作为金属有机框架，NiFePBA以Ni为第一金属位点，氰化亚铁为第二金属位点和有机框架，负载于泡沫镍NF上；NiFe-LDH负载于NiFePBA上，且NiFe-LDH的层间阴离子为柠檬酸根离子。
2.一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤（1）：对泡沫镍NF进行预处理，即：将泡沫镍NF依次置于盐酸、水和乙醇中进行超声清洗，超声清洗结束后，吹干备用；
步骤（2）：将金属镍盐、金属铁盐、聚乙烯吡咯烷酮和柠檬酸钠加入水中，搅拌至溶解，得到初始混合溶液；
步骤（3）：将初始混合溶液转移至聚四氟乙烯反应釜中，再加入预处理好的泡沫镍NF，进行水热合成反应；
步骤（4）：将反应结束后得到的泡沫镍NF依次用乙醇和超纯水各清洗三次或三次以上；清洗结束后进行真空干燥，得到双功能两相异质结纳米材料，即NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料；
NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料由NiFePBA和NiFe-LDH复合而成；NiFePBA作为金属有机框架，NiFePBA以Ni为第一金属位点，氰化亚铁为第二金属位点和有机框架，负载于泡沫镍NF上；NiFe-LDH负载于NiFePBA上，且NiFe-LDH的层间阴离子为柠檬酸根离子。
3.根据权利要求2所述的一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，其特征在于，步骤（2）中金属镍盐为硝酸镍、硫酸镍或氯化镍；金属铁盐为铁氰化钾。
4.根据权利要求2所述的一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，其特征在于，金属镍盐、金属铁盐和柠檬酸钠的物质的量之比为(0.15～0.05)：(0.05～0.15)：（0.1～0.3）；聚乙烯吡咯烷酮的加入量与金属镍盐的物质的量之比为（0.1～0.2）：(0.15～0.05)，聚乙烯吡咯烷酮的平均分子量为10000～36000；初始混合溶液中金属镍盐的浓度为2.5～0.83 mmol/L。
5.根据权利要求2所述的一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，其特征在于，步骤（3）中，合成反应的反应温度为130～160℃，反应时间为12～36h；步骤（4）中，真空干燥的温度为45～60℃，真空干燥时间为24～30h。
6.根据权利要求2所述的一步法调节合成双功能异质结纳米材料的方法，其特征在于，步骤（1）中，先将泡沫镍NF置于3 mol/L的 盐酸中超声15 min，再在超纯水中超声10 min，最后在无水乙醇中超声5 min。
7.双功能异质结纳米材料的用途，其特征在于，将权利要求1所述的NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料、或者权利要求2～6任一所述的合成方法制备的NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料作为电催化剂，用于电催化尿素降解。
8.根据权利要求7所述的双功能异质结纳米材料的用途，其特征在于，NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料作为电催化剂用于电催化尿素降解装置中或电催化尿素燃料电池中。
9.根据权利要求8所述的双功能异质结纳米材料的用途，其特征在于，电催化尿素降解装置包括阳极电极片、阴极电极片和电解液；阳极电极片和阴极电极片均为NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料，电解液为1mol/L的氢氧化钾 + 0.33 mol/L尿素溶液，阳极电极片和阴极电极片的大小均为4 cm×4 cm；电催化尿素燃料电池装置包括模具、阳极电极片、阴极电极片和电解液；其中阳极电极片为NiFePBA@NiFe-LDH/NF异质结纳米材料，阴极电极片为Pt/C，Pt的负载量均为4 mg/cm2。
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