1.本发明渉及电化学领域，具体涉及一种电解水催化剂及其制备方法和应用。
背景技术：
2.近年来，我国不断地发展和使用清洁能源，包括太阳能、氢能等。在诸多新能源中，氢能发挥着不可忽视的作用，其中，通过电解水制氢是氢能的重要来源之一。电解水制氢的核心场所是阴极析氢反应(her)和阳极析氧反应(oer)的催化层，当前，her的催化剂大多是成本较高的贵金属如铂碳等，oer的催化剂选用贵金属氧化物如氧化钌等，高昂的原料成本限制了氢能的发展。因此，设计低成本的非贵金属电解水催化剂迫在眉睫。
3.镍铁(nife)基材料具有良好的电解水催化性能，且成本低廉，受到了科研工作者的广泛关注。然而，nife基材料通常只能作为oer的催化剂，无法作为her的催化剂，且其在oer中，催化活性难以进一步提升，影响电解水的效率；此外，nife基材料在电解液中易团聚，且耐腐蚀性较差，导致其在电解水过程中催化稳定性差，影响了nife基材料在电解水领域的应用。
4.因此，如何以较低的成本制备能够用于oer和her的高催化活性、高稳定性电解水催化剂，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
技术实现要素：
5.本发明提供一种电解水催化剂的制备方法，能够有效解决现有技术中贵金属催化剂成本高昂，而镍铁基材料只能够用于oer的问题，并且解决了现有技术中镍铁基材料在电解液中易团聚、耐腐蚀性差、oer催化活性难以进一步提高的问题。
6.本发明还提供一种电解水催化剂，是采用上述方法制得的，该电解水催化剂成本较低，能够作为oer和/或her的催化剂，且具有优异的催化活性和催化稳定性。
7.本发明进一步提供一种电解水制氢的方法，采用上述电解水催化剂作为oer和/或her的催化剂，能够在较低的电池电位下制氢，并且能够长时间保持电流密度。
8.本发明提供一种电解水催化剂的制备方法，包括：
9.将nifece-ldh/泡沫金属和三聚氰胺放置在反应器中，经过焙烧处理，得到ni3fe@碳纳米管/铈氧化物/泡沫金属电解水催化剂；
10.所述nifece-ldh/泡沫金属中，ni、fe、ce的摩尔比为1：0.3：(0.03-0.05)；所述nifece-ldh/泡沫金属和三聚氰胺的质量比为(1-3)：1。
11.根据本发明的一实施方式，所述ni与所述泡沫金属的摩尔体积比为1mol：(1-3)cm3。
12.根据本发明的一实施方式，所述nifece-ldh/泡沫金属通过如下方法制备：
13.1)向包括镍源、铁源、铈源的水溶液中加入尿素的水溶液，得到反应前驱体；
14.2)将泡沫金属浸渍在所述反应前驱体中进行水热反应，得到nifece-ldh/泡沫金属；
15.所述反应前驱体中，镍源、尿素、水的摩尔比为1：：(6.67-8)：(2.23-5)。
16.根据本发明的一实施方式，步骤2)之前还包括，向所述反应前驱体中加入氟化铵。
17.根据本发明的一实施方式，所述镍源与所述氟化铵的摩尔比为1：(1-1.33)。
18.根据本发明的一实施方式，所述镍源、铁源、铈源分别为六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、六水合硝酸铈。
19.根据本发明的一实施方式，所述水热反应的温度为120-150℃，时间为12-24h。
20.根据本发明的一实施方式，所述焙烧处理在惰性气气氛下进行；和/或，
21.所述焙烧处理的温度为600-650℃。
22.本发明还提供一种电解水催化剂，采用前述任一项所述的方法制得。
23.本发明进一步提供一种电解水制氢的方法，采用上述电解水催化剂作为oer和/或her的催化剂。
24.本发明的制备方法中，通过对nifece-ldh/泡沫金属和三聚氰胺进行焙烧处理，控制ni、ce的摩尔比以及nifece-ldh/泡沫金属与三聚氰胺的质量比，以较低的成本得到了电解水催化剂。该电解水催化剂不仅能够分别用于oer和her，还能够同时用于oer和her，且具有较高的催化活性和催化稳定性。
附图说明
25.图1是本发明实施例1-6的电解水催化剂的制备流程图；
26.图2是本发明实施例1和对比例1制备的电解水催化剂的xrd谱图；
27.图3a1是本发明实施例1制备的电解水催化剂的xps全谱；
28.图3a2是本发明实施例1制备的电解水催化剂的fe元素xps谱图；
29.图3a3是本发明实施例1制备的电解水催化剂的ni元素xps谱图；
30.图3a4是本发明实施例1制备的电解水催化剂的ce元素xps谱图；
31.图3a5是本发明实施例1制备的电解水催化剂的c元素xps谱图；
32.图3a6是本发明实施例1制备的电解水催化剂的o元素xps谱图；
33.图4a1是本发明实施例1制备的nifece-ldh/nf在1μm尺度下的sem图；
34.图4a2是本发明实施例1制备的nifece-ldh/nf在200nm尺度下的sem图；
35.图4a3是本发明实施例1制备的电解水催化剂在100μm尺度下的sem图；
36.图4a4是本发明实施例1制备的电解水催化剂在200nm尺度下的sem图；
37.图4b1是本发明实施例3制备的nifece-ldh/nf在200nm尺度下的sem图；
38.图4b2是本发明实施例3制备的电解水催化剂在200nm尺度下的sem图；
39.图4c1是本发明实施例4制备的nifece-ldh/nf在200nm尺度下的sem图；
40.图4c2是本发明实施例4制备的电解水催化剂在200nm尺度下的sem图；
41.图4d1是本发明实施例5制备的nifece-ldh/nf在200nm尺度下的sem图；
42.图4d2是本发明实施例5制备的电解水催化剂在200nm尺度下的sem图；
43.图5a1是本发明实施例1制备的电解水催化剂在5nm尺度下的tem图；
44.图5a2是本发明实施例1制备的电解水催化剂在5nm尺度下的tem图。
具体实施方式
45.为使本领域技术人员更好地理解本发明的方案，下面对本发明作进一步地详细说明。以下所列举具体实施方式只是对本发明的原理和特征进行描述，所举实例仅用于解释本发明，并非限定本发明的范围。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
46.本发明第一方面提供一种电解水催化剂的制备方法，包括：
47.将nifece-ldh/泡沫金属和三聚氰胺放置在反应器中，经过焙烧处理，得到ni3fe@碳纳米管/铈氧化物/泡沫金属电解水催化剂；
48.nifece-ldh/泡沫金属中，ni、fe、ce的摩尔比为1：0.3：(0.03-0.05)；nifece-ldh/泡沫金属和三聚氰胺的质量比为(1-3)：1。
49.需要解释的是，nifece-ldh指同时含有镍、铁和铈的三元水滑石，nifece-ldh/泡沫金属是指负载有三元水滑石的泡沫金属。
50.本发明不限定泡沫金属的具体类型，其可以为泡沫镍(nf)、泡沫铜等，由于泡沫镍具有相对较好的耐腐蚀性，并且不会引入其他类型的金属离子，进而有利于催化剂的催化性能的改善；因此，本发明的泡沫金属优选为泡沫镍。
51.上述ni3fe是指镍铁摩尔比为3：1的镍铁合金，铈氧化物为ceo2和ce3o4的混合物。
52.在焙烧处理的过程中，三聚氰胺热分解产生氨气，氨气能够使nifece-ldh中的fe原子和ni原子被还原成ni3fe合金，氢氧化铈转化为铈氧化物。其中，ni3fe合金可以作为催化剂催化三聚氰胺裂解，得到碳纳米管。在该催化剂的作用下，碳纳米管按照尖端生长模式生长，将ni3fe合金推离泡沫金属，进一步生长，覆盖在泡沫金属和铈氧化物上。能够理解，ldh结构在焙烧处理过程中坍塌，因此，最终得到的电解水催化剂中并不存在ldh结构。
53.利用nifece-ldh/泡沫金属作为基体材料原位生长碳纳米管，能够得到能够用于oer和/或her的高催化活性、高稳定性的电解水催化剂。发明人对该原因进行了分析，认为该方法制备的电解水催化剂能够用于oer和her是因为：ni、fe自身能够作为oer催化剂，将其制备成ni3fe合金与铈氧化物复合后，引发的电子相互作用使电解水催化剂可以分别或同时作为oer和her催化剂。
54.该方法制备的电解水催化剂的高活性来源于：一方面，该方法制备的电解水催化剂具有丰富的活性位点；另一方面，该方法制备的电解水催化剂在具有三维结构的泡沫金属上引入了比表面积较大的碳纳米管，可以为电子的运输和离子转移提供了良好的通道，从而能够成分发挥活性组分的作用；此外，铈氧化物与ni3fe合金复合后，引发的电子相互作用，可以进一步提高催化活性。
55.该方法制备的电解水催化剂具有高稳定性来源于：碳纳米管的尖端生长模式使ni3fe合金被碳纳米管固定和保护起来，铈氧化物负载在碳纳米管上，有效的发挥了碳纳米管自身具有的耐腐蚀性和介孔结构保护作用，因此，该方法能够使活性组分在电解水的过程中不易团聚和被电解液腐蚀，具有较高的催化稳定性。
56.发明人发现，控制nifece-ldh中ni、fe、ce的摩尔比为1：0.3：(0.03-0.05)时，三种金属元素之间更好的协同作用，能够得到催化性能优异的电解水催化剂；而超出该范围时，会导致oer或her中的至少一种活性会显著降低。
57.进一步地，碳纳米管的生长量也会影响催化活性。当碳纳米管的生长量过多时，会
导致活性组分被碳纳米管包裹，影响电解水催化剂的催化活性。因此，本发明通过控制nifece-ldh/泡沫金属和三聚氰胺的质量比为(1-3)：1，以提高电解水催化剂的耐腐蚀性的同时，兼顾改善电解水催化剂催化活性。
58.经过发明人的研究，当控制ni与泡沫金属的摩尔体积比为1mol：(1-3)cm3时，能够使泡沫金属上负载高密度的活性组分，从而有利于电解水催化剂的催化活性。
59.本发明中，nifece-ldh/泡沫金属通过如下方法制备：
60.1)向包括镍源、铁源、铈源的水溶液中加入尿素的水溶液，得到反应前驱体；
61.2)将泡沫金属浸渍在所述反应前驱体中进行水热反应，得到nifece-ldh/泡沫金属；
62.所述反应前驱体中，镍源、尿素、水的摩尔比为1：(6.67-8)：(2.23-5)。
63.本发明不限定镍源、铁源、铈源的具体类型，只要能够形成nifece-ldh即可，示例性地，镍源可以为六水合硝酸镍、六水合硫酸镍、氯化镍；铁源可以为九水合硝酸铁、硫酸铁、氯化铁；铈源可以为六水合硝酸铈、四水合硫酸铈、五水合碳酸铈。
64.步骤1)中，向镍源、铁源、铈源的水溶液中加入尿素的水溶液，需要进行搅拌，搅拌时间为10-30min。
65.采用上述方法，能够在泡沫金属上原位生长nifece-ldh，从而使ni、fe、ce均匀的分布在三维的泡沫金属结构中，有利于充分发挥活性组分的催化活性。
66.通过控制反应前驱体中镍源、尿素与水的摩尔比，能够确保镍源、铁源、和铈源被充分转化，避免由于镍源、铁源、和铈源损失导致的电解水催化剂中活性组分减少，进而影响催化活性。
67.需要说明的是，在使用泡沫金属之前，需要对其进行预处理以清除表面杂质。具体地，可以将泡沫金属依次浸渍在丙酮、去离子水中进行超声处理，再用盐酸浸泡后，使用去离子水和无水乙醇交替冲洗至ph为中性，经过干燥处理得到待使用地泡沫金属。本发明不限定上述过程中超声处理和浸泡的时间以及盐酸的浓度，只要能够去除泡沫金属表面杂质即可。示例性地，丙酮超声处理的时间为30min，去离子水超声洗涤的时间为10min，盐酸的浓度为2m，浸泡时间为10min。
68.上述步骤2)之前，向反应前驱体中加入氟化铵，能够对活性组分起到表面修饰作用，并且活化镍源，有利于得到形貌规整的nifece-ldh，从而有利于电解水催化剂催化活性的提升。
69.进一步地，镍源与氟化铵的摩尔比为1：(1-1.33)。当氟化铵的用量过多时会导致反应过度，产生不必要的副产物，从而不利于催化性能的改善。因此，本发明控制镍源与氟化铵的摩尔比为1：(1-1.33)。
70.经过发明人研究，当镍源、铁源、铈源分别为六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、六水合硝酸铈时，得到的nifece-ldh形貌更加规整，因此，优选地，镍原、铁源、铈源同时为六水合硝酸镍、九水合硝酸铁、六水合硝酸铈。
71.在具体的实施过程中，水热反应的温度为120-150℃，时间为12-24h。
72.本发明中，焙烧处理在惰性气氛下进行，以避免产生金属氧化物，影响催化剂性能。
73.进一步地，焙烧处理的温度为600-650℃。其中，焙烧处理的温度过高会导致碳纳
米管结构坍塌，从而导致电解水催化剂的催化活性和稳定性降低；而焙烧温度过低时，无法产生碳纳米管。
74.在具体的实施过程中，通过程序升温来达到上述焙烧处理温度。其中，升温速率为1-2℃/min，当升温速率过高时，会导致碳纳米管结构生长不规则，活性物质无法充分暴露；而升温速率过低时则导致时间成本较高。
75.本发明不限定焙烧处理时间，只要确保三聚氰胺充分裂解为碳纳米管即可。
76.本发明第二方面提供一种电解水催化剂，是通过前述任一项所述方法制备的。该电解水催化剂不仅可以分别用于oer和her，还可以同时用于oer和her，并且具有较高的催化活性和催化稳定性。
77.本发明第三方面提供一种电解水制氢的方法，采用上述电解水催化剂作为oer和/或her的催化剂。在一种具体的实施过程中，上述电解水催化剂作为oer催化剂时，her催化剂选择铂(pt)，将其作为her催化剂时，oer催化剂可以选择氧化铱(iro2)或氧化钌(ruo2)等贵金属类；无论是将上述电解水催化剂同时还是分别作为oer和her的催化剂，电解液都可以选择1.0m koh。当然，发明人也可以选择其他的电解水催化剂或电解液。该方法可以在较低的电池电位下进行oer或her，当上述催化剂同时作为oer和her催化剂时，在10ma/cm2下，仅需1.64v电压就可以达到全水分解，在100h内电流密度的保持率高达97％。
78.以下，通过具体实施例对本发明进行更为详细的说明。
79.本发明实施例1-6的电解水催化剂的制备流程如图1所示。
80.实施例1
81.本实施例的电解水催化剂通过如下方法制备：
82.1)对泡沫镍(nf)进行预处理
83.取体积为3cm3的泡沫镍，在丙酮中超声处理30min后，用去离子水超声处理10min，将超声处理后的泡沫镍置于2m的盐酸浸泡10min，再用去离子水和无水乙醇冲洗至ph为中性，经过干燥处理后待用；
84.2)制备nifece-ldh/nf
85.将1.5mmol六水合硝酸镍，0.45mmol九水合硝酸铁，0.05mmol六水合硝酸铈溶于30ml去离子水中，形成镍源、铁源、铈源的水溶液；其中，ni、fe、ce的摩尔比为1：0.3：0.03；ni与泡沫镍的摩尔体积比为1mol：2cm3；
86.向上述溶液中加入尿素的水溶液后搅拌15min，得到反应前驱体；再向反应前驱体中加入氟化铵；反应前驱体中，镍源、尿素、水的摩尔比为1：6.67：2.23；镍源与氟化铵的摩尔比为1：1.33；
87.将步骤1)得到的泡沫镍浸渍在含有氟化铵的反应前驱体中，在120℃下水热反应12h；利用去离子水和无水乙醇对水热反应得到的产物进行清洗，再对产物进行干燥，得到负载镍铁铈三元水滑石的泡沫镍，将其命名为nifece-ldh/nf；
88.3)制备ni3fe@cnts/ceo
x
/nf
89.在氮气气氛下，将得到的nifece-ldh/nf和三聚氰胺按照质量比为2：1放置在管式炉中进行焙烧处理，调节管式炉的升温速率为1℃/min，当温度达到600℃后恒温保持120min，再在氮气气氛中冷却，得到ni3fe合金@碳纳米管/铈氧化物/泡沫镍电解水催化剂，将其命名为ni3fe@cnts/ceo
x
/nf。
90.实施例2
91.本实施例和实施例1的区别在于，使用的泡沫镍体积为6cm3，即ni与泡沫镍的摩尔体积比为1mol：4cm3，得到ni3fe合金@碳纳米管/铈氧化物/泡沫镍电解水催化剂，将其命名为ni3fe@cnts/ceo
x
/nf。
92.实施例3
93.本实施例和实施例1的区别在于，步骤2)中，氟化铵的加入量为1.5mmol，即镍源与氟化铵的摩尔比为1：1.5，得到ni3fe合金@碳纳米管/铈氧化物/泡沫镍电解水催化剂，将其命名为ni3fe@cnts/ceo
x
/nf。
94.实施例4
95.本实施例和实施例1的区别在于，步骤2)中，未加入氟化铵，得到ni3fe合金@碳纳米管/铈氧化物/泡沫镍电解水催化剂，将其命名为ni3fe@cnts/ceo
x
/nf。
96.实施例5
97.本实施例和实施例1的区别在于，步骤2)中，选择六水合硫酸镍作为镍源，硫酸铁作为铁源，六水合硝酸铈作为铈源，得到ni3fe合金@碳纳米管/铈氧化物/泡沫镍电解水催化剂，将其命名为ni3fe@cnts/ceo
x
/nf。
98.实施例6
99.本实施例的电解水催化剂通过如下方法制备：
100.1)对泡沫铜进行预处理
101.取体积为4.5cm3的泡沫铜，在丙酮中超声处理30min后，用去离子水超声处理10min，将超声处理后的泡沫铜置于2m的盐酸浸泡10min，再用去离子水和无水乙醇冲洗至ph为中性，经过干燥处理后待用；
102.2)制备nifece-ldh/泡沫铜
103.将1.5mmol六水合硝酸镍，0.45mmol九水合硝酸铁，0.075mmol六水合硝酸铈溶于30ml去离子水中，形成镍源、铁源、铈源的水溶液；其中，ni、fe、ce的摩尔比为1：0.3：0.05；ni与泡沫铜的摩尔体积比为1mol：3cm3；
104.向上述溶液中加入尿素的水溶液后搅拌15min，得到反应前驱体；再向反应前驱体中加入氟化铵；反应前驱体中，镍源、尿素、水的摩尔比为1：8：5；镍源与氟化铵的摩尔比为1：1；
105.将步骤1)得到的泡沫铜浸渍在含有氟化铵的反应前驱体中，在150℃下水热反应24h；利用去离子水和无水乙醇对水热反应得到的产物进行清洗，再对产物进行干燥，得到负载镍铁铈三元水滑石的泡沫铜，将其命名为nifece-ldh/泡沫铜；
106.3)制备ni3fe@cnts/ceo
x
/泡沫铜
107.在氮气气氛下，将得到的nifece-ldh/泡沫铜和三聚氰胺按照质量比为1：1放置在管式炉中进行焙烧处理，调节管式炉的升温速率为2℃/min，当温度达到650℃后恒温保持120min，再在氮气气氛中冷却，得到ni3fe合金@碳纳米管/铈氧化物/泡沫铜电解水催化剂，将其命名为ni3fe@cnts/ceo
x
/泡沫铜。
108.对比例1
109.1)本对比例的步骤1)与实施例1的步骤1)相同；
110.2)制备nife-ldh/nf
111.将1.5mmol六水合硝酸镍，0.5mmol九水合硝酸铁溶于去离子水中，形成镍源、铁源的水溶液；其中，ni、fe的摩尔比为1：0.3；
112.向其中加入尿素(10mmol)的水溶液后搅拌15min，得到反应前驱体；再向反应前驱体中加入氟化铵；反应前驱体中，镍源、尿素、水的摩尔比为1：6.67：2.23；镍源与氟化铵的摩尔比为1：1.33；
113.将步骤1)得到的泡沫镍浸渍在含有氟化铵的反应前驱体中，在120℃下，水热反应12h；利用去离子水和无水乙醇对水热反应得到的产物进行清洗，再对产物进行干燥，得到负载镍铁二元水滑石的泡沫镍，将其命名为nife-ldh/nf；
114.3)制备ni3fe@cnts/nf
115.在氮气气氛下，将得到的nife-ldh/nf和三聚氰胺按照质量比2：1放置在管式炉中进行焙烧处理，调节管式炉的升温速率为1℃/min，当温度达到600℃后恒温保持120min，再在氮气气氛中冷却，得到ni3fe合金@碳纳米管/泡沫镍电解水催化剂，将其命名为ni3fe@cnts/nf。
116.对比例2
117.本对比例和实施例1区别在于步骤2)的镍源、铁源、铈源的用量分别为1.5mmol、0.45mmol和0.09mmol，即镍源、铁源、铈源的摩尔比1：0.3：0.06，控制步骤3)中nifece-ldh/nf和三聚氰胺的质量比为2：1，得到ni3fe合金@碳纳米管/铈氧化物/泡沫镍电解水催化剂，将其命名为ni3fe@cnts/ceo
x
/nf。
118.对比例3
119.本对比例和实施例1区别在于步骤3)中未加入三聚氰胺，得到ni3fe合金/铈氧化物/泡沫镍电解水催化剂，将其命名为ni3fe/ceo
x
/nf。
120.对比例4
121.本对比例和实施例1的区别在于，将nifece-ldh/泡沫金属和三聚氰胺按照质量比为1：1放置在管式炉中进行焙烧处理，得到了ni3fe@cnts/ceo
x
/nf。
122.对比例5
123.本对比例和实施例1区别在于未进行实施例1的步骤3)，得到了负载镍铁铈三元水滑石的泡沫镍，将其命名为nifece-ldh/nf。
124.试验例1
125.通过xrd谱图表征本发明实施例1和对比例1制备的电解水催化剂的结晶结构。结果见图2。
126.如图可知，本发明实施例1和对比例1制备的电解水催化剂均包括ni3fe合金标准衍射峰(jcpds 88-1715)的111、200、220衍射峰，并且可以看到实施例1和对比例1的衍射峰的峰型明显尖锐，表明ni3fe合金晶型良好；与此同时，相比于ni3fe合金的衍射峰，实施例1和对比例1均在25.4
°
处出现了新的衍射峰，这来源于碳的120衍射峰，表明碳纳米管的成功生长。
127.由于实施例1中铈氧化物的含量较少，因此相比于对比例1并没有出现明显的代表铈氧化物的峰，然而，111、200、220处的衍射峰相对于对比例1产生了偏移，并且实施例1的所有衍射峰的强度都强于对比例1，这表明铈氧化物的成功引入，并且铈氧化物的存在会引发电子相互作用，从而有利于催化性能。
128.试验例2
129.通过xps谱图(x射线光电子能谱)表征本发明实施例1制备的电解水催化剂的元素组成及价态，图3a1、图3a2、图3a3、图3a4、图3a5、图3a6依次对应实施例1的xps全谱图、fe元素xps谱图、ni元素xps谱图、ce元素xps谱图、c元素xps谱图以及o元素xps谱图。
130.由于实施例1-6制备的电解水催化剂具有类似的元素组成，因此，本发明以实施例1为例分析元素的具体状态，根据图3a2、图3a3和图3a4可知，实施例1制备的电解水催化剂中，铈氧化物以三价和四价的形式存在，fe以合金形式(0价)存在，ni以合金形式(0价)存在，这表明本发明成功得到了ni3fe合金；由于fe和ni在保存以及测试的过程中不可避免地氧化，因此还存在其他价态地fe和ni；根据图3a5可知，c元素xps谱图中，出现了c-c，c-o，c-n，这表明碳纳米管的成功负载。得益于ce
3
(ce2o3)和ce
4
(ceo2)氧化态的灵活转换，以及丰富的未充满轨道，ceo2具有很强的储放氧能力、优异的离子电导率、良好的氧化还原反应能力以及丰富的氧空位。因此，本发明能够得到高催化活性和高催化稳定性的电解水催化剂。
131.试验例3
132.通过sem(扫描电子显微镜)图表征本发明实施例1和实施例3-5制备的nifece-ldh/nf、电解水催化剂的微观形貌。
133.图4a1、图4a2、图4a3、图4a4依次代表本发明实施例1制备的nifece-ldh/nf在1μm尺度下、200nm尺度下的sem图、电解水催化剂在100μm尺度下、200nm尺度下的sem图。
134.图4b1、图4b2代表本发明实施例3制备的nifece-ldh/nf在200nm下的sem图和电解水催化剂在200nm尺度下的sem图。
135.图4c1、图4c2代表本发明实施例4制备的nifece-ldh/nf在200nm下的sem图和电解水催化剂在200nm尺度下的sem图。
136.图4d1、图4d2代表本发明实施例5制备的nifece-ldh/nf在200nm下的sem图和电解水催化剂在200nm尺度下的sem图。
137.由于本发明实施例1-6制备的电解水催化剂具有相似的结构，因此以实施例1的微观形貌图作为代表，如图可知，本发明实施例1成功制备了具有层状结构的nifece三元水滑石(nifece-ldh)，并且将碳纳米管成功负载在nifece-ldh/泡沫金属上。
138.根据图4a1、图4b1、图4c1和图4d1可知，实施例1制备的nifece-ldh/nf结构明显比实施例3、实施例4和实施例5的nifece-ldh/nf结构规整，能够更好地暴露活性组分，有利于催化活性的提高。
139.试验例4
140.通过tem(透射电子显微镜)表征本发明实施例1制备的电解水催化剂的晶格结构，结果见图5a1和图5a2。
141.图5a1和图5a2进一步证明了本发明制备的电解水催化剂中包含ni3fe合金，以及ce
3
(ce2o3)和ce
4
(ceo2)。
142.试验例5
143.将本发明实施例和对比例制备的电解水催化剂作为oer催化剂，her催化剂选择铂，在1.0m koh中进行电解水制氢。通过测试10ma/cm2下电池电位表示电解水催化剂的催化活性，该电池电位记作e1；在10ma/cm2下持续电解水，通过测试100h后电池的电流密度相比于初始电流密度保持率(记作cd1)，测试电解水催化剂的催化稳定性。
144.同样地，将本发明实施例和对比例制备的电解水催化剂作为her催化剂，oer催化剂选择iro2，测得电池电位e2，电流密度保持率cd2。
145.将本发明实施例和对比例制备的电解水催化剂同时作为oer和her催化剂，测得电池电位e2，电流密度保持率cd2。上述测试结果如表1所示。
146.表1电解水催化剂的催化活性和催化稳定性
[0147][0148][0149]
根据表1可知，当使用本发明实施例1-6和对比例1-5制备的电解水催化剂分别作为oer或her催化剂时，相比于对比例1-5，实施例1-6制备的电解水催化剂具有显著提升的催化活性，其作为oer催化剂，可以使电池电位低至0.195v；作为her催化剂，可以使电池电位低至0.125v，并且无论是作为oer还是her催化剂，都具有较高的电流密度保持率，催化稳定性优异。
[0150]
当使用本发明实施例1-6和对比例1-5制备的电解水催化剂同时作为oer和her催化剂时，实施例1-6的电池电位明显低于对比例1-5，具有明显提高的催化活性；并且电流密度保持率高较高，具有高催化稳定性。
[0151]
与此同时，相比于实施例1，实施例2-5的电池电位较高，电解水催化剂的活性较低，这表明体积过大的泡沫镍、过量的尿素、过量的氟化铵、以及不使用氟化铵、或选择其他类型的活性组分源都会导致电解水时需要的电池电位增大。
[0152]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，上述结合具体实施例对本发明的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。