CN115369419A - 一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料及其制备方法和应用。所述NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：将多壁碳纳米管溶于溶剂中并超声分散均匀，再加入硝酸镍、硝酸铁、含X元素的盐和尿素，搅拌均匀后形成均匀的溶液；X选自Mo6+、Mn2+和Cs+中的任意一种；将溶液置于微波反应器中，在氮气气氛下，升温至100～200℃，并保温1～10min进行反应，反应结束后，分别用水和无水乙醇离心数次，最后用水和无水乙醇交替冲洗数次，经干燥处理后即可。本发明制备的纳米复合材料比表面积大、活性位点多，且操作简单、重复性好、可大规模制备。

Description

一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于有机多孔纳米材料制备领域，具体涉及一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
利用电能将地球储量最丰富的水资源分解成为氢气和氧气是一种绿色环保解决能源需求的方案。目前电解水大规模制氢最大的障碍是阳极析氧反应(OER)，但因其动力学缓慢导致反应效率整体低下，所以选择合适的催化剂加速OER反应动力学、降低反应势垒是可行的解决办法。现有OER商业催化剂多为贵金属基催化剂(如RuO2、IrO2等)，虽然展现出优良的OER催化性能，但由于其价格昂贵且储量缺乏，难以实现大规模应用。因此，开发廉价、高效的非贵金属基催化剂具有重要意义。
最近。以过渡金属为基础的层状双氢氧化物(LDHs)展现出优良性能的催化活性而备受瞩目。目前LDHs的制备有多种方式，水热/溶剂热法、化学浴沉积法、微波辅助合成法、离子交换法、电沉积法等，但除去微波辅助合成法外，其余方法均存在反应时间较长的缺陷。此外，没有经过一定的温度和压力处理，很难控制材料的形貌，从而不利于高效制备电催化剂。
发明内容
为了解决现有技术的上述缺点，本发明的目的在于提供一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料及其制备方法和应用。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)首先将多壁碳纳米管溶于溶剂中并超声分散均匀，然后加入硝酸镍、硝酸铁、含X元素的盐和尿素，搅拌均匀后形成均匀的溶液；X选自Mo6+、Mn2+和Cs+中的任意一种；
(2)将步骤(1)制得的溶液置于微波反应器中，在氮气气氛下，升温至100～200℃，并保温1～10min进行反应，反应结束后，分别用水和无水乙醇离心数次，最后用水和无水乙醇交替冲洗数次，经干燥处理后即制备得到所述NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料。
优选的，步骤(1)中，多壁碳纳米管在溶液中的浓度为0.01～2g/L，更优选的为0.2g/L。在此条件下制备的样品的催化性能最高。
优选的，步骤(1)中，硝酸镍和硝酸铁中，镍元素与铁元素的摩尔比含量为8:1～1:1，更优选的为3：1。
优选的，步骤(1)中，尿素在溶液中的浓度为0.01～1mol/L，更优选的为0.25mol/L。
优选的，步骤(1)中，含X元素的盐为硝酸锰、钼酸钠和碳酸铯中的一种。
优选的，步骤(1)中，X元素的盐中，X元素在溶液中的浓度为0.001～0.5mol/L，更优选的为0.05mol/L。
优选的，步骤(2)中，微波反应器的功率为150～675W，更优选的为375W。
优选的，步骤(2)中，氮气气氛的压强为0.15Mpa。此气体可作为载流气体推动容器内气体流动，确保反应充分。
优选的，步骤(2)中，用水和无水乙醇离心的次数为2次，若离心次数不够，所得产物将不能干燥。
优选的，步骤(2)中，用水和无水乙醇交替冲洗的次数为3次。
上述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法制备得到的NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料。
上述NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料作为阳极析氧反应催化剂在水解制氢中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：
本发明方法利用微波辅助一步法生成了NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料。该方法具有操作简单、可控性好、重复性好、可大规模制备的特点，为微波法制备LDH类材料在电解水制氧方面的应用提供了可靠的样品制备方法。
附图说明
图1为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的X射线衍射图。
图2为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的X射线光电子能谱图。
图3为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的扫描电子显微镜图和元素分布图像，其中a～c对应扫描电子显微镜图，d对应元素分布图像。
图4为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的透射电子显微镜图及选区电子衍射图像，其中，a～c为不同放大倍数的电子显微镜图，d为高分辨透射电子显微镜，d1为选区电子衍射图片。
图5中为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料和对比例2制备的NiFeLDH@rGO纳米复合材料的各项性能测试对比图，其中，a为析氧极化曲线，b为塔菲尔斜率，c为阻抗图，d为NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的稳定性测试。
图6为实施例1制备的NiFeMn LDH@MWCNT纳米复合材料的透射电子显微镜图及选区电子衍射图像，其中a～c对应扫描电子显微镜图，d对应高分辨透射显微镜图像，d1对应选区电子衍射图像。
图7为实施例2制备的NiFeMo LDH@MWCNT纳米复合材料的不同放大倍率下的透射电子显微镜图。
图8为实施例3制备的NiFeCs LDH@MWCNT纳米复合材料的透射电子显微镜图和选区电子衍射图像，其中，其中a～c对应扫描电子显微镜图，d对应选区电子衍射图像。
图9为实施例1制备的NiFeMn LDH@MWCNT纳米复合材料、对比例3制备的NiFeMnLDH纳米材料和对比例4制备的NiFeMn LDH@rGO纳米复合材料的析氧极化曲线和塔菲尔斜率图对比图，其中a对应析氧极化曲线，b对应塔菲尔斜率。
图10中为实施例3制备的NiFeCs LDH@MWCNT纳米复合材料、对比例5制备的NiFeCsLDH纳米材料和对比例6制备的NiFeCs LDH@rGO纳米复合材料的各项性能测试对比图，其中，a为析氧极化曲线，b为塔菲尔斜率，c为阻抗图，d为NiFeCs LDH@MWCNT纳米复合材料的稳定性测试。
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。
实施例和对比例采用的微波反应器购买于郑州邦博仕仪器设备有限公司、型号为MCR-3。
对比例1
一种NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素和0.02g多壁碳纳米管为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，先将多壁碳纳米管溶于溶剂中并超声15分钟；超声结束后立即加入其余原料，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气(压强为0.15Mpa)，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料。
对比例2
一种NiFe LDH@rGO纳米复合材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素和0.02g氧化石墨烯为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，先将氧化石墨烯溶于溶剂中并超声15分钟；超声结束后立即加入其余原料，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气(压强为0.15Mpa)，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得NiFe LDH@rGO纳米复合材料。
图1为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的X射线衍射图。从图1中可以看出：NiFe LDH@MWCNT的典型峰对应的材料中(003)、(101)、(012)、(110)、(113)面无明显变化，值得注意的是，MWCNT(多壁碳纳米管)的(002)面与NiFe LDH的(006)晶面由于位置较为接近似乎有较为强烈的相互作用，导致了该部分的两个峰值合并出现了大角度位移。但由于仅是单个峰，并非全谱所有峰发生位移，判断其原因可能是存在的宏观残余应力引起了晶格畸变。事实上，从图1中可以观察到NiFe LDH的(110)、(113)晶面也几乎合并到了一起，这种合并通常也因残余应力而起，导致了晶粒细化，衍射峰从而变宽混杂。
图2为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的X射线光电子能谱图，图2显示的元素O、Ni、Fe的价态均与NiFe LDH一致。
图3为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的扫描电子显微镜图和元素分布图像，其中a～c对应扫描电子显微镜图，d对应元素分布图像。从图3可看出：管状MWCNT(多壁碳纳米管)相互编制在一起形成了固体块状结构，同时大量NiFe LDH颗粒附着于其上。对其能谱的考察表明Ni、Fe、C各元素分布均匀。
图4为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的透射电子显微镜图及选区电子衍射图像，其中，a～c为不同放大倍数的电子显微镜图，d为高分辨透射电子显微镜，d1为选区电子衍射图片，d图表示晶格条纹间距为0.190nm及0.203nm，分别对应于NiFe LDH的(018)晶面及MWCNT的101晶面。由图4可以看出：NiFe LDH和MWCNT结构能够很好地结合到一起形成异质结构，成功制备了目标产物。
图5中为对比例1制备的NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料和对比例2制备的NiFeLDH@rGO纳米复合材料的各项性能测试对比图，其中，a为析氧极化曲线，b为塔菲尔斜率，c为阻抗图，d为NiFe LDH@MWCNT纳米复合材料的稳定性测试。其在电流密度为10mA/cm2情况下的过电位为296mV；Tafel斜率为57.38mV/dec。
具体的，测试在标准的三电极电解池系统中进行，工作电极为玻碳电极(GC，CHI104)，其上负载20g的粉末样品；参比电极为汞/氧化汞电极(Hg/HgO，CHI152)；对电极为石墨棒；电解液为1M的KOH溶液，实验前的玻璃制品用稀释后的HCl清洗以去除杂质。
析氧极化曲线的测试步骤和测试条件为：安装好三电极体系后接入工作站，扫描20圈CV(循环伏安法)循环，确保材料稳定后开始测试；CV循环测试电压区间为0-0.8V，扫描模式为正扫，速率为0.1V/s；析氧极化曲线测试电压区间为0-0.8V，扫描速率0.005V/s。
塔菲尔斜率的测试步骤和测试条件为：确定析氧极化曲线后，根据Tafel方程，即
Figure BDA0003793394900000061
得出材料动力学性质，即Tafel图。
阻抗图的测试步骤和测试条件为：析氧极化曲线测试完毕后，开始阻抗测试，频率范围选取0.01～100000Hz。
稳定性测试的步骤和测试条件为：首先在0-0.8V vs.RHE范围内进行20次CV循环，扫描速率为0.1V/s。然后进行LSV测试，完成后记为初始数据。然后在同样的范围内进行2000次CV循环后进行LSV测试，得到测试数据。通过比较测试数据与初始数据的差值，即可得到材料的稳定性差异。
从图5可以看出：a，b图中显示：复合MWCNT的LDH的过电位和Tafel斜率均比复合rGO低，代表选择MWCNT材料相较rGO材料复合效果更好。c图的阻抗图佐证了这一结论；d图的结果表明了复合MWCNT的样品具有良好的稳定性。图5整体说明了复合材料选择MWCNT与同类产品相比更具有优势，原因推测为MWCNT具有着更高的比表面积与活性位点。
对比例3
一种NiFeMn LDH纳米材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素、0.005mol Mn(NO3)2·xH2O为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气(压强为0.15Mpa)，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得所述NiFeMn LDH纳米材料。
对比例4
一种NiFeMn LDH@rGO纳米复合材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素、0.005mol Mn(NO3)2·xH2O和0.02g氧化石墨烯为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，先将氧化石墨烯溶于溶剂中并超声15分钟；超声结束后立即加入其余原料，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气(压强为0.15Mpa)，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得所述NiFeMn LDH@rGO纳米复合材料。
实施例1
一种NiFeMn LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素、0.005mol Mn(NO3)2·xH2O和0.02g多壁碳纳米管为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，先将多壁碳纳米管溶于溶剂中并超声15分钟；超声结束后立即加入其余原料，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得所述NiFeMn LDH@MWCNT纳米复合材料。
本实施例还提供一种所述方法得到的NiFeMn LDH@MWCNT纳米复合材料。NiFeMnLDH@MWCNT在10mA/cm2电流密度下的过电位为305mV，Tafel斜率为43.35mV/dec，电荷转移阻抗低至19.98Ω。
实施例2
一种NiFeMo LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素、0.005mol Na2MoO4·2H2O和0.02g多壁碳纳米管为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，先将多壁碳纳米管溶于溶剂中并超声15分钟；超声结束后立即加入其余原料，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得所述NiFeMo LDH@MWCNT纳米复合材料。
对比例5
一种NiFeCs LDH纳米材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素、0.005mol Cs2CO3为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得所述NiFeCs LDH纳米材料。
对比例6
一种NiFeCs LDH@rGO纳米复合材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素、0.005mol Cs2CO3和0.02g氧化石墨烯为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，先将氧化石墨烯溶于溶剂中并超声15分钟；超声结束后立即加入其余原料，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得所述NiFeCs LDH@rGO纳米复合材料。
实施例3
一种NiFeCs LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，如下步骤：
(1)以3mmol硝酸镍、1mmol硝酸铁、0.025mol尿素、0.005mol Cs2CO3和0.02g多壁碳纳米管为原料，以50毫升乙二醇和50毫升去离子水为溶剂，先将多壁碳纳米管溶于溶剂中并超声15分钟；超声结束后立即加入其余原料，磁力搅拌15分钟，形成均匀溶液；
(2)把形成的溶液转移到三颈烧瓶中；
(3)然后将三颈烧瓶转移到微波反应器中，左侧口插入温度计，中间口插入冷凝管，右侧口通入氮气，防止反应过于强烈；
(4)将微波反应器的温度从室温升高到180℃，然后保持3分钟；
(5)反应结束后，待微波反应器冷却至室温，取出三颈烧瓶；
(6)将所获得的反应溶液分别用去离子水与无水乙醇离心两次，之后使用去离子水与无水乙醇交替冲洗3次，最后经干燥后，即制得所述NiFeCs LDH@MWCNT纳米复合材料。
图6为实施例1制备的NiFeMn LDH@MWCNT纳米复合材料的透射电子显微镜图及选区电子衍射图像，其中a～c对应扫描电子显微镜图，d对应高分辨透射显微镜图像，d1对应选区电子衍射图像。从图6可看出：a～c显示NiFeMn LDH@MWCNT纳米复合材料具有着典型的管状结构，代表着MWCNT的形貌，并且其上负载着LDH，d图表示LDH的(018)晶面与MWCNT的(101)晶面形成了异质结构。d1图观察到了NiFeMn LDH@MWCNT材料形成的衍射环，分别对应LDH(110)晶面与MWCNT的(006)晶面。
图7为实施例2制备的NiFeMo LDH@MWCNT纳米复合材料的不同放大倍率下的透射电子显微镜图。
图8为实施例3制备的NiFeCs LDH@MWCNT纳米复合材料的透射电子显微镜图和选区电子衍射图像，其中，其中a～c对应扫描电子显微镜图，d对应选区电子衍射图像。从图8可看出：a～c显示：除了特有的管状结构外(MWCNT的(003)面)，NiFeCs LDH@MWCNT的LDH结构也可被清晰的观察到，对应于LDH结构的(110)晶面。
图9为实施例1制备的NiFeMn LDH@MWCNT纳米复合材料、对比例3制备的NiFeMnLDH纳米材料和对比例4制备的NiFeMn LDH@rGO纳米复合材料的析氧极化曲线和塔菲尔斜率图对比图，其中a对应析氧极化曲线，b对应塔菲尔斜率。
具体的，测试在标准的三电极电解池系统中进行，工作电极为玻碳电极(GC，CHI104)，其上负载20g的粉末样品；参比电极为汞/氧化汞电极(Hg/HgO，CHI152)；对电极为石墨棒；电解液为1M的KOH溶液，实验前的玻璃制品用稀释后的HCl清洗以去除杂质。
析氧极化曲线的测试步骤和测试条件为：安装好三电极体系后接入工作站，扫描20圈CV(循环伏安法)循环，确保材料稳定后开始测试；CV循环测试电压区间为0-0.8V，扫描模式为正扫，速率为0.1V/s；析氧极化曲线测试电压区间为0-0.8V，扫描速率0.005V/s。
塔菲尔斜率的测试步骤和测试条件为：确定析氧极化曲线后，根据Tafel方程，即
Figure BDA0003793394900000101
得出材料动力学性质，即Tafel图。
从图9可看出：NiFeMn LDH@MWCNT相较于纯的NiFeMn LDH与复合rGO的NiFeMn LDH效果更好，这说明了MWCNT可以与NiFeMn LDH产生强相互作用，共同促进了反应效率地提升。
图10中为实施例3制备的NiFeCs LDH@MWCNT纳米复合材料、对比例5制备的NiFeCsLDH纳米材料和对比例6制备的NiFeCs LDH@rGO纳米复合材料的各项性能测试对比图，其中，a为析氧极化曲线，b为塔菲尔斜率，c为阻抗图，d为NiFeCs LDH@MWCNT纳米复合材料的稳定性测试。
具体的，析氧极化曲线的测试步骤和测试条件为：
具体的，测试在标准的三电极电解池系统中进行，工作电极为玻碳电极(GC，CHI104)，其上负载20g的粉末样品；参比电极为汞/氧化汞电极(Hg/HgO，CHI152)；对电极为石墨棒；电解液为1M的KOH溶液，实验前的玻璃制品用稀释后的HCl清洗以去除杂质。
析氧极化曲线的测试步骤和测试条件为：安装好三电极体系后接入工作站，扫描20圈CV(循环伏安法)循环，确保材料稳定后开始测试；CV循环测试电压区间为0-0.8V，扫描模式为正扫，速率为0.1V/s；析氧极化曲线测试电压区间为0-0.8V，扫描速率0.005V/s。
塔菲尔斜率的测试步骤和测试条件为：确定析氧极化曲线后，根据Tafel方程，即
Figure BDA0003793394900000111
得出材料动力学性质，即Tafel图。
阻抗图的测试步骤和测试条件为：析氧极化曲线测试完毕后，开始阻抗测试，频率范围选取0.01～100000Hz。
稳定性测试的步骤和测试条件为：首先在0-0.8V vs.RHE范围内进行20次CV循环，扫描速率为0.1V/s。然后进行LSV测试，完成后记为初始数据。然后在同样的范围内进行2000次CV循环后进行LSV测试，得到测试数据。通过比较测试数据与初始数据的差值，即可得到材料的稳定性差异。
从图10可以看出：掺杂Cs元素且复合MWCNT的NiFe LDH表现出了优异地电化学性能，a图显示其在10mA/cm2的条件下过电位为283mV，b图显示Tafel斜率低至53.40mV/dec；c图表示通过EIS图谱计算可得到NiFeCs LDH@MWCNT的法拉第阻抗为35.84Ω，而初始的NiFeCs LDH达到了106.6Ω。除此之外，d图表示NiFeCs LDH@MWCNT表现出了极强的电化学稳定性，在进行2000圈CV循环后，该材料的大部分电化学活性仍然保留。这表明Cs元素与MWCNT具有强协同作用。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)首先将多壁碳纳米管溶于溶剂中并超声分散均匀，然后加入硝酸镍、硝酸铁、含X元素的盐和尿素，搅拌均匀后形成均匀的溶液；X选自Mo6+、Mn2+和Cs+中的任意一种；
(2)将步骤(1)制得的溶液置于微波反应器中，在氮气气氛下，升温至100～200℃，并保温1～10min进行反应，反应结束后，分别用水和无水乙醇离心数次，最后用水和无水乙醇交替冲洗数次，经干燥处理后即制备得到所述NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料。
2.根据权利要求1所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)所述多壁碳纳米管在溶液中的浓度为0.01～2g/L。
3.根据权利要求2所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述硝酸镍和硝酸铁中，镍元素与铁元素的摩尔比含量为8:1～1:1。
4.根据权利要求2或3所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)所述多壁碳纳米管在溶液中的浓度为0.2g/L；步骤(1)所述硝酸镍和硝酸铁中，镍元素与铁元素的摩尔比含量为3:1。
5.根据权利要求1～3任一项所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述X元素的盐中，X元素在溶液中的浓度为0.001～0.5mol/L；
步骤(1)所述尿素在溶液中的浓度为0.01～1mol/L。
6.根据权利要求5所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述X元素的盐中，X元素在溶液中的浓度为0.05mol/L；步骤(1)所述尿素在溶液中的浓度为0.25mol/L。
7.根据权利要求1～3任一项所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述含X元素的盐为硝酸锰、钼酸钠和碳酸铯中的一种；
步骤(2)所述微波反应器的功率为150～675W。
8.根据权利要求7所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述氮气气氛的压强为0.15Mpa；
步骤(2)所述用水和无水乙醇离心的次数为2次；
步骤(2)所述用水和无水乙醇交替冲洗的次数为3次。
9.权利要求1～8任一项所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料的制备方法制备得到的一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料。
10.权利要求9所述一种NiFeX LDH@MWCNT纳米复合材料作为阳极析氧反应催化剂在水解制氢中的应用。
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