本發(fā)明涉及新能源電催化材料，尤其涉及一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、在全球氣候變化與碳排放問(wèn)題日益嚴(yán)峻的背景下，各國(guó)加速推進(jìn)能源結(jié)構(gòu)向低碳能源轉(zhuǎn)型，對(duì)可再生能源技術(shù)的需求呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。氫氣具有高能量密度(142mj/kg)、燃燒零碳排放和可再生性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是未來(lái)能源轉(zhuǎn)型的重要方向，因此電解水制氫作為一種清潔能源技術(shù)受到了廣泛關(guān)注。電解水技術(shù)通過(guò)將電能轉(zhuǎn)化為氫能，不僅可以實(shí)現(xiàn)可再生能源的儲(chǔ)存和轉(zhuǎn)化，還能為工業(yè)、交通等領(lǐng)域提供綠氫。電解水的陽(yáng)極析氧反應(yīng)包括四步質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移基元步驟，其動(dòng)力學(xué)十分緩慢，貴金屬基催化劑(如銥、釕等)具有優(yōu)異的電催化活性，能夠顯著降低析氧反應(yīng)的過(guò)電位，從而提高電解水的效率。盡管貴金屬基催化劑具有較好的催化性能，但貴金屬資源稀缺、價(jià)格十分昂貴，難以滿(mǎn)足大規(guī)模電解水制氫的需求。因此，開(kāi)發(fā)新型非貴金屬基電解水析氧催化劑是替代貴金屬體系并推動(dòng)電解水制氫技術(shù)規(guī)?；瘧?yīng)用的核心路徑。
2、近年來(lái)，黑磷基材料作為一種新型的二維材料，在電催化領(lǐng)域中的應(yīng)用研究取得了顯著進(jìn)展。黑磷是磷的同素異形體之一，由磷原子通過(guò)sp3雜化形成褶皺的獨(dú)特層狀結(jié)構(gòu)(類(lèi)似“扶手椅”形)，具有高載流子遷移率、可控帶隙、電子結(jié)構(gòu)可調(diào)等特性，使其成為替代傳統(tǒng)貴金屬催化劑的潛在候選材料。如公開(kāi)號(hào)為cn118577289a的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種單原子負(fù)載黑磷納米片的制備方法，該方法通過(guò)陽(yáng)離子-π相互作用將金屬陽(yáng)離子錨定在富含孤對(duì)電子的黑磷納米片中，然后經(jīng)熱處理得到金屬單原子負(fù)載的黑磷納米片，單原子的引入顯著改善了黑磷納米片的環(huán)境穩(wěn)定性，同時(shí)提高了其光電催化性能。如公開(kāi)號(hào)為cn114808019a的中國(guó)專(zhuān)利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種過(guò)渡金屬/黑磷烯電催化劑的原位制備方法，該方法利用電化學(xué)將黑磷塊體剝離為黑磷烯并將過(guò)渡金屬原位負(fù)載在黑磷烯上，提升黑磷基材料的析氫、析氧雙功能催化活性。
3、然而，目前黑磷基析氧催化材料的催化活性和穩(wěn)定性仍亟待提升，需要對(duì)黑磷基材料的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行可控構(gòu)筑，實(shí)現(xiàn)對(duì)于含氧活性物種吸附能的定向調(diào)控，從而提升黑磷基催化劑的電催化析氧活性。
4、針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明文件提出了一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法及其應(yīng)用，用于解決上述提出的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法及其應(yīng)用，解決了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)。
2、本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：
3、一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：
4、s1、將四丁基溴化銨和鐵鹽溶解于乙腈溶劑中，得到電解液；
5、s2、將黑磷塊體作為陰極、鉑片作為陽(yáng)極，浸沒(méi)到電解液中采用直流電源施加電壓進(jìn)行電化學(xué)插層和剝離；
6、s3、將步驟s2得到的溶液進(jìn)行超聲處理、洗滌、真空干燥得到所述鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑。
7、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述電解液中四丁基溴化銨的質(zhì)量濃度為5～15g/l。
8、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述電解液中鐵鹽的質(zhì)量濃度為2～14g/l。
9、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述電化學(xué)剝離過(guò)程的電壓為5～15v，剝離時(shí)間為1～3h。
10、在一種可能的設(shè)計(jì)中，所述超聲處理時(shí)間為4～6h，真空干燥溫度為40～70℃，真空干燥時(shí)間為2～4h。
11、一種如以上所述的鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的應(yīng)用，所述鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑作為工作電極在堿性電解液中電催化水分解析氧反應(yīng)的應(yīng)用。
12、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性的，并不能限制本發(fā)明。
13、本發(fā)明中的有益效果為：
14、(1)本發(fā)明提供的鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑在堿性電解液中電解水析氧兼具高效的電催化活性和穩(wěn)定性。如在電流密度達(dá)到1000ma?cm-2時(shí)，其陽(yáng)極過(guò)電勢(shì)僅為379mv左右，且能夠維持24h沒(méi)有明顯的電勢(shì)變化，為進(jìn)一步提高氫能開(kāi)發(fā)和利用提供了可能性；
15、(2)本發(fā)明提供的鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑具有二維層狀結(jié)構(gòu)，具有高比表面積，能有效暴露更多反應(yīng)活性位點(diǎn)，增強(qiáng)電荷傳輸，有利于電催化析氧反應(yīng)的進(jìn)行；
16、(3)本發(fā)明提供的鐵負(fù)載富電子黑磷納米片，通過(guò)調(diào)控黑磷的電子結(jié)構(gòu)和表面性質(zhì)，增加反應(yīng)活性位點(diǎn)，增強(qiáng)表面穩(wěn)定性，最終提升材料電催化析氧的催化活性和穩(wěn)定性。
1.一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法及其應(yīng)用，其特征在于：所述電解液中四丁基溴化銨的質(zhì)量濃度為5～15g/l。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法及其應(yīng)用，其特征在于：所述電解液中鐵鹽的質(zhì)量濃度為2～14g/l。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法及其應(yīng)用，其特征在于：所述電化學(xué)剝離過(guò)程的電壓為5～15v，剝離時(shí)間為1～3h。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的制備方法及其應(yīng)用，其特征在于：所述超聲處理時(shí)間為4～6h，真空干燥溫度為40～70℃，真空干燥時(shí)間為2～4h。
6.一種如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑的應(yīng)用，其特征在于：所述鐵負(fù)載富電子黑磷納米片電催化劑在堿性電解液中電催化水分解析氧反應(yīng)的應(yīng)用。