三维泡沫金属催化剂表面处理方法及其应用于电解水析氧
阅读：580发布：2024-02-11
专利汇可以提供三维泡沫金属催化剂表面处理方法及其应用于电解水析氧专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 属于 电极 材料技术领域，涉及三维 泡沫 金属催化剂 表面处理 方法，包括：预处理，去除表面的油污、锈斑等杂质；预 氧 化，以空气氧化、 氧化剂 氧化、电化学氧化等方式氧化三维泡沫金属，在其表面形成均匀的薄层氧化层；利用无机过渡金属盐或有机小分子溶液处理经预处理或预氧化的泡沫金属；清洗，用无 水 乙醇 和水反复浸泡、冲洗，除去多余的反应物和副产物。本发明采用的泡沫金属元素储量丰富、较为常见，成本低廉。所述的泡沫金属表面处理方法，处理工艺流程少，常温常压下进行，生产成本较低，对设备要求低，易于规模化。处理过的泡沫金属可直接用作 电解 水的 阳极 ，无需外加导电剂、粘结剂和集 流体 ，无需进行涂布工艺，操作步骤简单，易于工业化。，下面是三维泡沫金属催化剂表面处理方法及其应用于电解水析氧专利的具体信息内容。
1.一种三维泡沫金属催化剂表面处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1) 预处理，将三维泡沫金属以浸泡、超声、搅拌、冲洗等方式去除表面的油污、锈斑等杂质；
(2) 预氧化，以空气氧化、氧化剂氧化、电化学氧化等方式氧化三维泡沫金属，在其表面形成均匀的薄层氧化层；
(3) 有机小分子配位或异金属表面掺杂，利用无机过渡金属盐或有机小分子溶液处理步骤（1）或（2）经预处理或预氧化的泡沫金属，促使异金属离子在其表面的掺杂或有机小分子在其表面的配位键合；
(4) 清洗，用无水乙醇和水反复浸泡、冲洗，除去多余的反应物和副产物。
2.根据权利要求1所述三维泡沫金属催化剂表面处理方法，其特征在于：步骤 (1) 所述除油过程包括但不限于使用水、乙醇、丙酮、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯等溶剂；所述除锈过程为用稀盐酸、稀硫酸或稀硝酸处理，所述稀酸溶液浓度为0.1～6 mol·L-1。
3.根据权利要求1所述三维泡沫金属催化剂表面处理方法，其特征在于：步骤 (2) 所述预氧化过程方法之一为电化学氧化。
4.根据权利要求3所述三维泡沫金属催化剂表面处理方法，其特征在于：步骤 (2) 所述预氧化过程在0.1～1 mol·L-1的KOH或NaOH溶液中，电流密度为5～50 mA·cm-2，以洗净的泡沫金属为阳极、石墨或铂为阴极，在过电势为1.3～1.8 V (vs. RHE) 进行电化学处理10 min～10 h。
5.根据权利要求1所述三维泡沫金属催化剂表面处理方法，其特征在于：步骤 (3) 所述溶液为能与被浸渍泡沫金属元素不同的可形成掺杂的过渡金属盐溶液，或能与泡沫金属发生配位的有机酸、有机胺或醛溶液，浓度为0.1～20 mmol·L-1，浸渍处理时间为10 s～
24 h。
6.根据权利要求5所述三维泡沫金属催化剂表面处理方法，其特征在于：步骤 (3) 所述溶液浓度为5～10 mmol·L-1。
7.一种经权利要求1-6任一所述方法处理过的三维泡沫金属催化剂的应用，其特征在于：将其用作电解水阳极。
三维泡沫金属催化剂表面处理方法及其应用于电解水析氧
技术领域
背景技术
[0002] 在能源危机和环境污染日益严重的今天，氢能作为一种零碳排放、可再生清洁能源受到广泛关注。电解水，特别是通过太阳能电解水将能量储存于氢气，是一种高效、便捷、极具应用前景的制取氢气的手段。其包含的两个半反应——阳极析氧反应 (OER) 和阴极析氢反应 (HER) 均需要较高的过电位，较高的能量消耗阻碍了电解水制氢在工业生产中的广泛应用。相较于HER，析氧半反应包含了更为复杂的四电子转移过程，动力学缓慢，严重影响了整体电解水的效率，增加了制氢成本。因此，发展一种廉价高效的OER催化剂降低反应过电位，以更低的外加电压提供更高的电流密度，具有重要的现实意义。
[0003] 目前，广泛应用于OER催化剂的多为贵金属基材料，如：二氧化钌、二氧化铱等，它们的稀缺性及由此导致的高昂的价格使得工业界望而却步。此外，在利于氧气析出的碱性环境中，这些催化剂往往表现出较差的稳定性，这进一步限制了它们在电解水工业中的应用。近年来，研究者们开发了高效廉价的新型过渡金属基催化剂，如：铁、钴、镍、锰等的氧化物、硫化物、磷化物等。但是这些催化剂制备工艺复杂，需严格控制反应时间、温度、pH值等，产物导电性也常常较差。粉末状的催化剂需要加入昂贵的导电高分子粘结剂涂布于集流体上构建工作电极才能应用，这一环节会产生很多的技术难题，比如催化剂的脱落、接触界面的高电阻，低稳定性等。这些问题在大电流密度下更为严重，这进一步限制了材料的应用性。
[0004] 催化剂在长时间反应过程中的稳定性，对于实际应用而言具有十分重要的意义。三维泡沫金属（如：泡沫钴、泡沫镍等）具有良好的导电性、较高的表面积，适宜作为集流体构建工作电极；此外，三维泡沫结构丰富的孔隙结构有利于电解液的渗透和氧气的溢出，促进反应进行。基于铁、钴、镍等过渡金属基化合物对OER的高催化活性，若能对泡沫钴、泡沫镍等进行合适的表面化学优化处理，使其表面环境展现出对OER具有良好催化活性的优势组分和优势结构，可以解决粉体催化剂易脱落，稳定性差的问题；利用其自支撑的导电骨架直接构建电解水体系阳极，可减少不必要的界面电阻。
发明内容
[0005] 针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是公开一种简易的表面化学处理办法，制备高活性的三维泡沫金属析氧催化电极。
[0006] 本发明采用以下技术方案：一种三维泡沫金属催化剂表面处理方法，包括如下步骤：
(1)预处理，将三维泡沫金属以浸泡、超声、搅拌、冲洗等方式去除表面的油污、锈斑等杂质；
(2)预氧化，以空气氧化、氧化剂氧化、电化学氧化等方式氧化三维泡沫金属，在其表面形成均匀的薄层氧化层；
(3)有机小分子配位或异金属表面掺杂，利用无机过渡金属盐或有机小分子溶液处理步骤（1）或（2）经预处理或预氧化的泡沫金属，促使异金属离子在其表面的掺杂或有机小分子在其表面的配位键合，强化泡沫金属表面微化学环境；
(4)清洗，用无水乙醇和水反复浸泡、冲洗，除去多余的反应物和副产物。
(1)预处理，将三维泡沫金属以浸泡、超声、搅拌、冲洗等方式去除表面的油污、锈斑等杂质；
(2)预氧化，以空气氧化、氧化剂氧化、电化学氧化等方式氧化三维泡沫金属，在其表面形成均匀的薄层氧化层；
(3)有机小分子配位或异金属表面掺杂，利用无机过渡金属盐或有机小分子溶液处理步骤（1）或（2）经预处理或预氧化的泡沫金属，促使异金属离子在其表面的掺杂或有机小分子在其表面的配位键合，强化泡沫金属表面微化学环境；
(4)清洗，用无水乙醇和水反复浸泡、冲洗，除去多余的反应物和副产物。
[0007] 本发明较优公开例中，所述泡沫金属包括但不限于泡沫镍、泡沫钴、泡沫铁、泡沫铜，优选泡沫镍或泡沫钴。
[0008] 本发明较优公开例中，步骤 (1) 所述除油过程包括但不限于使用水、乙醇、丙酮、异丙醇、N,N-二甲基甲酰胺、甲苯等溶剂；所述除锈过程为用稀盐酸、稀硫酸或稀硝酸处理，所述稀酸溶液浓度为0.1～6 mol·L-1。
[0009] 本发明较优公开例中，步骤 (2) 所述预氧化过程优选为电化学氧化，即在0.1～1 mol·L-1的KOH或NaOH溶液中，电流密度为5～50 mA·cm-2，以洗净的泡沫金属为阳极、石墨或铂为阴极，在过电势为1.3～1.8 V (vs. RHE) 进行电化学处理10 min～10 h。
[0010] 本发明较优公开例中，步骤 (3) 所述溶液为能与被浸渍泡沫金属元素掺杂不同的过渡金属盐溶液，或能与泡沫金属发生配位的有机酸、有机胺或醛溶液，浓度为0.1～20 mmol·L-1，优选5～10 mmol·L-1；浸渍处理时间为10 s～24 h。
[0011] 具体的，随不同溶液及其温度、浓度而变化，以硝酸铁为例，溶液浓度为2.5 mmol·L-1时浸渍处理泡沫钴的最优时间为30 min，反应温度为室温。
[0012] 本发明较优公开例中，经上述步骤处理后，将泡沫金属干燥保存待用。
[0013] 本发明所述表面处理方法重点在于利用“预氧化-有机小分子修饰/异金属表面掺杂”工序赋予泡沫金属功能性表面，从而实现其优异催化性能。
[0014] 通过预氧化的工序，可部分氧化泡沫金属表面的金属原子，使其部分转化为氧化物，暴露出优秀的催化活性位点，能改善泡沫金属OER催化性能。有机酸、有机胺等小分子体系由于其富孤对电子官能团，能与泡沫金属表面金属(或其离子)中心发生强的配位作用而调整泡沫金属表面电子结构及电荷状态，强化其催化性能；双金属析氧催化剂因为不同金属元素间的电子耦合及协同效应，其催化性能往往优于单一的过渡金属催化剂，通过简单的置换反应，可使另一种金属元素掺杂于泡沫金属表面，利用其间的电子耦合效应，可调整电子构型，形成双金属体系催化剂。
[0015] 本发明所述表面处理方法，通过“预氧化-有机小分子修饰/异金属表面掺杂”工艺实现，通过该工艺处理可有效引入小分子，异金属离子等功能组分，而显著强化泡沫金属表面化学环境，形成催化层而不改变泡沫金属的三维结构，获得优异的析氧催化电极。同时，该方法工艺简单，易于规模化，可避免使用价格高昂的导电粘结剂，不存在长时间反应时催化剂脱落等问题，对于工业化电解水发展有着重要的实用价值。
[0016] 进一步的，当所述泡沫金属为泡沫钴时，表面处理方法包括如下步骤：（1） 将泡沫钴剪裁成块状合适尺寸，分别依次用水、乙醇、丙酮、3 M HCl 超声3～30 min，优选超声30min，除去表面油垢、锈斑，用乙醇冲洗后于25～80℃干燥15 min～12 h，优选45℃干燥2 h；
（2）以空气氧化、氧化剂氧化、电化学氧化等方式氧化三维泡沫钴；优选的，将预处理的泡沫钴作为工作电极，碳棒为对电极，饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极，组装成三电极体系，在1 M KOH电解液中，采用恒电位计时电流法进行电化学预氧化10 min～10 h，电位设定为1.54 V vs RHE，此时电流密度约为20 mA·cm-2，并随着氧化时间的延长，电流密度提高；
（3）采取有机小分子处理或异金属表面掺杂方式，将预处理或预氧化的泡沫钴浸入到非钴过渡金属盐溶液实现异金属离子的表面掺杂，亦或与能与钴发生配位的小分子有机酸、有机胺、醛溶液作用，实现有机小分子在其表面的配位键合；异金属离子或有机小分子-1
溶液浓度可设定为0.1～20 mmol· L ，处理时间10 s～24 h；
（4）取出泡沫钴，用去离子水、乙醇冲洗干净，干燥备用。
（2）以空气氧化、氧化剂氧化、电化学氧化等方式氧化三维泡沫钴；优选的，将预处理的泡沫钴作为工作电极，碳棒为对电极，饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极，组装成三电极体系，在1 M KOH电解液中，采用恒电位计时电流法进行电化学预氧化10 min～10 h，电位设定为1.54 V vs RHE，此时电流密度约为20 mA·cm-2，并随着氧化时间的延长，电流密度提高；
（3）采取有机小分子处理或异金属表面掺杂方式，将预处理或预氧化的泡沫钴浸入到非钴过渡金属盐溶液实现异金属离子的表面掺杂，亦或与能与钴发生配位的小分子有机酸、有机胺、醛溶液作用，实现有机小分子在其表面的配位键合；异金属离子或有机小分子-1
溶液浓度可设定为0.1～20 mmol· L ，处理时间10 s～24 h；
（4）取出泡沫钴，用去离子水、乙醇冲洗干净，干燥备用。
[0018] 进一步的，当所述泡沫金属为泡沫镍时，表面处理方法包括如下步骤：（1） 将泡沫镍剪裁成块状合适大小，分别用水、乙醇、丙酮、3 M HCl 超声3～30 min，优选超声30min，除去表面油垢、锈斑，用乙醇冲洗后于25～80℃干燥15 min～12 h，优选45℃干燥2 h；
（2）以空气氧化、氧化剂氧化、电化学氧化等方式氧化三维泡沫镍；优选的，将经步骤（1）预处理的泡沫镍，暴露于60 ℃空气中24 h，使其表面形成自然均匀的氧化层；
（3）将预氧化的泡沫镍用非镍过渡金属盐溶液处理，或用能与镍发生配位的小分子有机酸、有机胺、醛溶液处理，不时搅拌；非镍过渡金属盐溶液或有机小分子酸溶液浓度0.1～
20 mmol· L-1，处理温度10～60℃，处理时间10 min～6 h，优选35℃浸泡4 h；
（4）取出，用乙醇和去离子水冲洗干净，干燥备用。
（2）以空气氧化、氧化剂氧化、电化学氧化等方式氧化三维泡沫镍；优选的，将经步骤（1）预处理的泡沫镍，暴露于60 ℃空气中24 h，使其表面形成自然均匀的氧化层；
（3）将预氧化的泡沫镍用非镍过渡金属盐溶液处理，或用能与镍发生配位的小分子有机酸、有机胺、醛溶液处理，不时搅拌；非镍过渡金属盐溶液或有机小分子酸溶液浓度0.1～
20 mmol· L-1，处理温度10～60℃，处理时间10 min～6 h，优选35℃浸泡4 h；
（4）取出，用乙醇和去离子水冲洗干净，干燥备用。
[0019] 本发明较优公开例中，步骤（3）所述非镍过渡金属盐溶液为硝酸铁、硝酸钴、硝酸锰、氯化亚铁或硫酸铜等，所述有机酸、有机胺、醛溶液为氨基酸、苯甲酸、取代苯甲酸或乙二胺等。
[0020] 本发明的另外一个目的在于，将经处理的泡沫金属用作电解水阳极。
[0021] 评估其催化活性的实验方法为：采用CHI 730e电化学工作站（上海辰华仪器有限公司），在三电极体系中对样品进行电化学性能测试，即以碳棒为对电极，饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极，所制备的泡沫金属为工作电极，在1 M KOH电解液中，采用线性扫描伏安法 (LSV) 考察样品的电化学活性，恒电位计时电流曲线 (i-t) 评价材料的稳定性。
[0022] 按本发明所述技术方案制备的样品对OER具有良好的催化活性。在10 mA·cm-2的电流密度下，该方案可使泡沫钴的过电势下降 ～70 mV，减小至 ～270 mV，减小了电解水过程中的能量消耗，具有潜在的工业应用价值。
[0023] 有益效果本发明所采用的泡沫金属元素储量丰富，所用原料较为常见，成本低廉。本发明所述的泡沫金属表面处理方法——包含“预氧化-有机小分子修饰/异金属表面掺杂”处理工艺流程少，时间短，在常温常压下进行，生产成本较低。该方法操作简单，对设备要求低，易于规模化。按本发明所述技术方案制备的泡沫金属样品可直接用作电解水的阳极，无需外加导电剂、粘结剂和集流体，无需进行涂布工艺，操作步骤简单，易于工业化实施，可避免长时间电解水过程中催化剂分解、团聚、剥落、失活等问题，稳定性极佳，具有巨大的应用前景。
附图说明
附图说明
[0024] 图1. 本发明的工艺流程简图。
[0026] 图 3. 实施例2制备的泡沫钴-半胱氨酸的扫描电子显微镜 (SEM) 图。
[0027] 图4. 实施例1-4中经不同表面化学处理方式和仅经预处理制备的泡沫钴的电化学性能对比图。
[0028] 图 5. 实施例3制备的泡沫钴-苯甲酸的恒电位计时电流曲线 (i-t) 图，其横坐-2标为时间（h），纵坐标为电流密度（mA·cm ）。
[0029] 图6. 制备实施例1所采用的i-t曲线。
[0030] 图7. 实施例5制备的泡沫镍-硝酸铁样品及仅经除油、除锈处理的泡沫镍的OER极化曲线对比图，测试所用条件与图4一致。
具体实施方式
[0031] 下面结合实施例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实施例。
[0032] 除非另外限定，这里所使用的术语（包含科技术语）应当解释为具有如本发明所属技术领域的技术人员所共同理解到的相同意义。还将理解到，这里所使用的术语应当解释为具有与它们在本说明书和相关技术的内容中的意义相一致的意义，并且不应当以理想化或过度的形式解释，除非这里特意地如此限定。
[0033] 实施例1三维泡沫钴的表面处理方法，包括如下步骤：
（1） 将泡沫钴剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3 M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于45℃下干燥2 h；
（2）将预处理的泡沫钴作为工作电极，碳棒为对电极，饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极，组装成三电极体系，在1 M KOH电解液中，进行电化学预氧化。采用恒电位计时电流法 (i-t)，电位设定为1.54 V vs RHE，此时电流密度约为20 mA·cm-2，并随着氧化时间的延长，电流密度提高。通过此预氧化处理，泡沫钴表面部分氧化为氧化物，可暴露出催化活性位点，使泡沫金属获得较优OER催化性能；
（3）将样品取出，用去离子水冲洗三次，乙醇冲洗三次，干燥备用，该样品可命名为氧化泡沫钴。
（1） 将泡沫钴剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3 M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于45℃下干燥2 h；
（2）将预处理的泡沫钴作为工作电极，碳棒为对电极，饱和甘汞电极 (SCE) 为参比电极，组装成三电极体系，在1 M KOH电解液中，进行电化学预氧化。采用恒电位计时电流法 (i-t)，电位设定为1.54 V vs RHE，此时电流密度约为20 mA·cm-2，并随着氧化时间的延长，电流密度提高。通过此预氧化处理，泡沫钴表面部分氧化为氧化物，可暴露出催化活性位点，使泡沫金属获得较优OER催化性能；
（3）将样品取出，用去离子水冲洗三次，乙醇冲洗三次，干燥备用，该样品可命名为氧化泡沫钴。
[0034] 氧化泡沫钴样品及仅经除油、除锈处理的泡沫钴的XRD图如图2所示。其中，样品的特征峰可与Co的标准卡片 (JCPDS No. 89-7373) 相对应。经表面处理后，氧化泡沫钴样品的 (002) 和 (101) 晶面的衍射峰相对强度增强，这表明 (002) 晶面的暴露将有利于电催化性能的提高。
[0035] 样品的OER极化曲线如图4所示，经电化学氧化后，样品在10 mA·cm-2电流密度时的过电位，由344 mV下降至295 mV，减小了49 mV。
[0036] 从附图6中可观察到，随着电化学氧化时间的延长，电流密度升高。
[0037] 实施例2三维泡沫钴的表面处理方法，包括如下步骤：
（1） 将泡沫钴剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3 M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于80℃下干燥12 h，在干燥的同时对其进行空气预氧化，可观察到泡沫钴由银色变为黄褐色；
-1
（2）将预处理的泡沫钴在10 mmol·L 的半胱氨酸溶液中处理2 h，不时搅拌，半胱氨酸由于其富有孤对电子官能团如氨基，巯基，可与泡沫钴表面钴中心发生强的配位作用而调整泡沫钴表面电子结构及电荷状态，改善其催化性能；
（3）将样品取出，用去离子水冲洗三次，乙醇冲洗三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫钴-半胱氨酸。
（1） 将泡沫钴剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3 M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于80℃下干燥12 h，在干燥的同时对其进行空气预氧化，可观察到泡沫钴由银色变为黄褐色；
-1
（2）将预处理的泡沫钴在10 mmol·L 的半胱氨酸溶液中处理2 h，不时搅拌，半胱氨酸由于其富有孤对电子官能团如氨基，巯基，可与泡沫钴表面钴中心发生强的配位作用而调整泡沫钴表面电子结构及电荷状态，改善其催化性能；
（3）将样品取出，用去离子水冲洗三次，乙醇冲洗三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫钴-半胱氨酸。
[0038] 样品的扫描电子显微镜 (SEM) 图如图3所示。可观察到三维泡沫钴表面生长出一层致密的半圆状纳米片，纳米片直径为100～200 nm。
[0039] 样品的OER极化曲线如图4所示，经半胱氨酸表面处理后，样品在10 mA·cm-2电流密度时的过电位，由344 mV下降至308 mV，减小了36 mV。
[0040] 实施例3三维泡沫钴的表面处理方法，包括如下步骤：
（1） 将泡沫钴剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于45℃干燥2 h；
（2）将预处理的泡沫钴在10 mmol·L-1的苯甲酸乙醇溶液中35℃处理3 h。苯甲酸的羟基可与泡沫钴表面钴中心发生强的配位作用键合于泡沫钴表面，从而调整泡沫钴表面电子结构及电荷状态，强化其催化性能；
（3）将样品取出，用乙醇和去离子水反复冲洗，各三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫钴-苯甲酸。
（1） 将泡沫钴剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于45℃干燥2 h；
（2）将预处理的泡沫钴在10 mmol·L-1的苯甲酸乙醇溶液中35℃处理3 h。苯甲酸的羟基可与泡沫钴表面钴中心发生强的配位作用键合于泡沫钴表面，从而调整泡沫钴表面电子结构及电荷状态，强化其催化性能；
（3）将样品取出，用乙醇和去离子水反复冲洗，各三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫钴-苯甲酸。
[0041] 样品的OER极化曲线如图4所示，经苯甲酸表面化学处理后，样品在10 mA·cm-2电流密度时的过电位，由344 mV下降至317 mV，减小了27 mV。
[0042] 使用恒电位计时电流法在10 mA·cm-2时的过电位下，测试了泡沫钴-苯甲酸在碱性环境 (1 M KOH) 中，OER条件下的稳定性。
[0043] 从图5中可观察到样品在长达24 h的电解水过程中，保持10 mA·cm-2的电流密度无衰减，样品稳定性较好。
[0044] 实施例4三维泡沫钴的表面处理方法，包括如下步骤：
（1） 将泡沫钴剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于45 ℃下干燥2 h；
（2）将预处理的泡沫钴在50 mL 1 mmol·L-1的硝酸铁溶液中10 ℃下处理1 h。硝酸铁的处理可以在泡沫钴表面引入铁离子组分，借助铁与钴其间可能的电子耦合效应，强化催化性能；
（3）将样品取出，用去离子水冲洗三次，乙醇冲洗三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫钴-硝酸铁。
（1） 将泡沫钴剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于45 ℃下干燥2 h；
（2）将预处理的泡沫钴在50 mL 1 mmol·L-1的硝酸铁溶液中10 ℃下处理1 h。硝酸铁的处理可以在泡沫钴表面引入铁离子组分，借助铁与钴其间可能的电子耦合效应，强化催化性能；
（3）将样品取出，用去离子水冲洗三次，乙醇冲洗三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫钴-硝酸铁。
[0045] 样品的OER极化曲线如图4所示，经硝酸铁处理后，样品达到10 mA·cm-2的电流密度时的过电位，由344 mV下降至275 mV，减小了69 mV。
[0046] 附图4为实施例1-4所制得样品的OER极化曲线，LSV的扫描速率是5 mV·s-1，电势范围为0.2～0.7 vs SCE，曲线未经iR校正。其横坐标为相对于可逆氢电极的电势值（V vs RHE），纵坐标为电流密度（mA·cm-2）。实验测得的相对饱和甘汞电极的电极电势值可根据能斯特方程 (Evs RHE= Evs SCE+ ESCE + 0.059 pH) 转换为相对于可逆氢电极的电势值，其中饱和甘汞电极的电极电势值ESCE为0.245 V。
[0047] 实施例5三维泡沫镍的表面处理方法，包括如下步骤：
（1） 将泡沫镍剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于30 ℃下干燥2 h；干燥时不应看到残留溶液变为绿色，否则表明泡沫镍表面的氧化层未除净，可能影响后续表面处理效果；
（2）将预处理的泡沫镍在25 mL 1 mmol·L-1的硝酸铁溶液中35 ℃下浸泡处理4 h，在此过程中不时搅拌；促使在泡沫镍表面引入铁离子组分，借助铁与镍其间可能的电子耦合效应，强化催化性能；
（3）将样品取出，用乙醇和去离子水反复冲洗，各三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫镍-硝酸铁。
（1） 将泡沫镍剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于30 ℃下干燥2 h；干燥时不应看到残留溶液变为绿色，否则表明泡沫镍表面的氧化层未除净，可能影响后续表面处理效果；
（2）将预处理的泡沫镍在25 mL 1 mmol·L-1的硝酸铁溶液中35 ℃下浸泡处理4 h，在此过程中不时搅拌；促使在泡沫镍表面引入铁离子组分，借助铁与镍其间可能的电子耦合效应，强化催化性能；
（3）将样品取出，用乙醇和去离子水反复冲洗，各三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫镍-硝酸铁。
[0048] 样品的OER极化曲线如图4所示，经硝酸铁处理后，样品达到10 mA·cm-2的电流密度时的过电位，由317 mV下降至251mV，减小了66 mV。
[0049] 实施例6三维泡沫镍的表面处理方法，包括如下步骤：
（1） 将泡沫镍剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3 M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于45 ℃下干燥2 h；干燥时不应看到残留溶液变为绿色，否则表明泡沫镍表面的氧化层未除净，可能影响后续表面处理效果；
（2）将经预处理的泡沫镍在20 mL 1 mmol·L-1的H2O2溶液中20 ℃下浸泡处理1 h，对其表面进行预氧化，此过程中不时搅拌，取出后，用去离子水冲洗；
（3）将经预氧化的泡沫镍在25 mL 5 mmol·L-1的硝酸铁溶液中20 ℃下处理4 h，处理过程中不时搅拌；此过程促使在泡沫镍表面引入铁离子组分，借助铁与镍其间可能的电子耦合效应，强化催化性能；
（4）将处理好的样品取出，用乙醇和去离子水反复冲洗，各三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫镍-硝酸铁。
（1） 将泡沫镍剪裁成合适大小块状，分别用水、乙醇、丙酮、3 M HCl 超声30 min，除去表面油垢、锈斑，最后用乙醇冲洗，于45 ℃下干燥2 h；干燥时不应看到残留溶液变为绿色，否则表明泡沫镍表面的氧化层未除净，可能影响后续表面处理效果；
（2）将经预处理的泡沫镍在20 mL 1 mmol·L-1的H2O2溶液中20 ℃下浸泡处理1 h，对其表面进行预氧化，此过程中不时搅拌，取出后，用去离子水冲洗；
（3）将经预氧化的泡沫镍在25 mL 5 mmol·L-1的硝酸铁溶液中20 ℃下处理4 h，处理过程中不时搅拌；此过程促使在泡沫镍表面引入铁离子组分，借助铁与镍其间可能的电子耦合效应，强化催化性能；
（4）将处理好的样品取出，用乙醇和去离子水反复冲洗，各三次，干燥备用，该样品可命名为泡沫镍-硝酸铁。
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