本發(fā)明涉及電解水制氫，具體涉及一種wxny/fe3ni@c自支撐催化劑及其制備方法和應用。
背景技術：
1、隨著全球對可再生能源和清潔能源的需求不斷增加，氫能技術因其清潔、高效的特點而備受矚目。作為一種清潔燃料，氫能被認為是一個可以解決全球能源和環(huán)境問題的潛在解決方案。而電解水制氫技術，則是當前制備氫氣的主要技術之一。
2、電解水制氫是利用電流將水分解成氫氣和氧氣的過程。通過在水中通入直流電，使水分子在電流的作用下被解離生成氧氣和氫氣，分別從電解槽的陽極和陰極析出。電解水制氫過程中，析氫反應(her)和析氧反應(oer)是關鍵步驟。然而，析氧反應通常具有緩慢的動力學特性，需要較高的過電位才能驅動。催化劑的引入可以顯著降低反應的活化能，從而加快反應速率，提高電解水制氫的效率。通過開發(fā)高效的電解水催化劑，可以進一步優(yōu)化電解水制氫工藝，提高氫氣、氧氣的純度和產量。
3、粉末狀催化劑在使用過程中易發(fā)生團聚，測試時使用萘酚等分散劑會導致活性成分的損失。mof材料具有獨特的晶體結構，是由金屬離子或金屬簇與有機配體通過配位鍵連接形成的三維網狀結構。這種結構可以形成大量的孔隙，從而使其擁有較高的比表面積。在電催化領域，mof材料的高比表面積和孔隙率為電催化反應提供了豐富的活性位點，具有廣闊的開發(fā)前景。但是mof材料導電性差以及催化活性位點不足。通過改變配體的結構，可以引入更多的活性官能團或者改變金屬節(jié)點的配位環(huán)境，從而增加催化位點。也可通過優(yōu)化mofs的晶體結構來提高其固有導電性。
4、應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本申請的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本申請的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。
技術實現(xiàn)思路
1、鑒于目前存在的上述不足，本發(fā)明提供一種wxny/fe3ni@c自支撐催化劑及其制備方法和應用，本發(fā)明以聚多巴胺包裹的碳紙，以磷鎢酸為鎢源摻入鎳鐵mof納米材料，制備出的前驅體材料呈現(xiàn)出規(guī)則的猴頭菇納米形貌，猴頭菇狀納米形貌具有大比表面積以及極高的化學活性和結構穩(wěn)定性，煅燒之后得到的復合材料(wxny/fe3ni@c自支撐催化劑)具有優(yōu)異的導電性和析氧催化活性和穩(wěn)定性。
2、為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，包括以下步驟：
3、s1、將碳紙經剪裁、超聲、烘干，獲得預處理后的碳紙；
4、s2、將鹽酸多巴胺分散于tris-hcl緩沖溶液中，并將預處理后的碳紙浸沒其中，經油浴加熱反應后，獲得包裹聚多巴胺的碳紙，即pd?a@cp；
5、s3、取九水合硝酸鐵、六水合氯化鎳依次溶解于混合溶液中，得到溶液a；取磷鎢酸和對苯二甲酸溶解于相同的混合溶液中，得到溶液b；將溶液a和溶液b充分混合后和pda@cp置于反應釜中并進行水熱反應后，獲得pta/feni-mof@pda@cp；其中，所述混合溶液由dmf：乙醇：去離子水組成，dmf、乙醇和去離子水的體積比為10：2：1；
6、s4、將pta/feni-mof@pda@cp在惰性氣氛中經煅燒、自然冷卻至室溫，獲得wxny/fe3ni@c自支撐催化劑。
7、依照本發(fā)明的一個方面，步驟s2中，所述油浴加熱反應的溫度為60～70℃，時間為12～24h。
8、依照本發(fā)明的一個方面，步驟s3中，所述九水合硝酸鐵和六水合氯化鎳的摩爾比為1:1～3；所述九水合硝酸鐵和六水合氯化鎳的總質量與混合溶液的質量比為1：40；所述磷鎢酸和對苯二甲酸的質量比為1～3：2。
9、依照本發(fā)明的一個方面，步驟s3中，所述水熱反應的溫度為100～180℃，時間為10～14h。
10、依照本發(fā)明的一個方面，步驟s4中，所述惰性氣氛為ar。
11、依照本發(fā)明的一個方面，步驟s4中，所述煅燒為在管式爐中進行，升溫速率為3～5℃/min；所述煅燒的溫度為300～700℃，時間為2～3h。
12、依照本發(fā)明的一個方面，所述反應釜為帶聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜。
13、基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明還提供了一種wxny/fe3ni@c自支撐催化劑，由上述任一所述的制備方法制備得到。
14、基于同一發(fā)明構思，本發(fā)明還提供了上述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑在電解水制氫中的析氧反應中的應用。
15、本發(fā)明的有益效果：
16、(1)本發(fā)明以聚多巴胺包裹的碳紙作為基底制備的自支撐催化劑，避免粉末材料在大電流密度下易脫落的問題。此外，聚多巴胺包裹能使碳紙具有親水性，降低碳紙表面能，為后續(xù)材料生長提供氨基環(huán)境，聚多巴胺高溫煅燒后形成的氮碳結構能提高催化材料的導電性。
17、(2)相對于現(xiàn)有的采用泡沫鎳作為基底，本申請采用的碳紙因其結構均勻、耐腐蝕、導電性好、性質穩(wěn)定，因此，碳紙具有易于改性，可作為催化劑基底等優(yōu)點。
18、(3)本發(fā)明運用聚多巴胺與磷鎢酸鹽的特殊反應(磷鎢酸和聚多巴胺的高吸水性和氫鍵作用)，以磷鎢酸為鎢源摻入鎳鐵mof納米材料，制備出的前驅體材料呈現(xiàn)出規(guī)則的猴頭菇納米形貌，猴頭菇狀納米形貌具有大比表面積以及極高的化學活性和結構穩(wěn)定性，煅燒之后得到的復合材料具有優(yōu)異的導電性和析氧催化活性和穩(wěn)定性。
19、(4)相對粉末狀催化劑，本發(fā)明的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑具有更強的機械強度和穩(wěn)定性，能很好的維持催化材料的活性。
20、(5)本發(fā)明通過在鎳鐵基mofs中引入高價異金屬后，改變原有金屬(鎳和鐵)周圍的電子云密度。高價態(tài)鎢的引入可以作為電子受體，從鎳和鐵原子那里吸引電子，使鎳和鐵的電子結構發(fā)生變化，這種變化能夠加快電荷轉移過程。
1.一種wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s2中，所述加熱反應的溫度為40～100℃，時間為12～24h。
3.根據權利要求1所述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述九水合硝酸鐵和六水合氯化鎳的摩爾比為1:1～3；所述九水合硝酸鐵和六水合氯化鎳的總質量與混合溶液的質量比為1：50。
4.根據權利要求1所述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述磷鎢酸和對苯二甲酸的質量比為1～3：2。
5.根據權利要求1所述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s3中，所述水熱反應的溫度為100～180℃，時間為10～14h。
6.根據權利要求1所述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述惰性氣氛為ar。
7.根據權利要求1所述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，其特征在于，步驟s4中，所述煅燒為在管式爐中進行，升溫速率為3～5℃/min；所述煅燒的溫度為300～700℃，時間為2～3h。
8.根據權利要求1所述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑的制備方法，其特征在于，所述反應釜為帶聚四氟乙烯內襯的不銹鋼反應釜。
9.一種wxny/fe3ni@c自支撐催化劑，其特征在于，由權利要求1～8任一所述的制備方法制備得到。
10.根據權利要求9所述的wxny/fe3ni@c自支撐催化劑在電解水制氫中的析氧反應中的應用。