一种非对称碱性电解池用电极材料及其制备方法

本发明属于电极材料领域，尤其涉及一种非对称碱性电解池用电极材料及其制备方法。

背景技术：

1、水的电解是一项很有前途的技术，它可以利用多余的电能(如太阳能、风能、核能等)，通过阴极的析氢反应(her)产生绿色氢能，同时阳极的析氧反应(oer)可以产生纯氧，用于医疗和工业生产。贵金属电催化剂(pt、ru、ir等)被认为是电解水的先进电极材料，但其成本高、地球丰度低的特点严重限制了其工业应用。因此，活性高、成本低、含量丰富的非贵金属基催化剂是高效水电解的合理选择。需要注意的是，实现高效的整体水分解(ows)需要阴极的her催化剂和阳极的oer催化剂之间的有效耦合。一般来说，由于her和oer在反应途径和反应中间体上存在明显差异，大多数双功能电催化剂只能有效作用于某个半反应，因此ows活性较差。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种非对称碱性电解池用电极材料及其制备方法，旨在解决背景技术中确定的现有技术存在的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，非对称碱性电解池用电极材料，基于泡沫镍（nf）上原位生长的多酸基金属有机框架pomofs，通过一种煅烧-氮化策略得到两种具有多界面的磷掺杂钴基纳米阵列异质结电极材料，二者的化学式分别为p-con/cwo/co3o4/nf和p-con/cmo/co3o4/nf，将前者作为阳极，后者作为阴极，在碱性电解液中构建非对称电解池。

3、一种非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，所述方法包括以下步骤：

4、将泡沫镍裁剪成预设面积，在超声作用下分别用丙酮、盐酸、乙醇和水进行清洗以去除金属表面的油层和氧化层，然后将其置于真空环境中干燥待用；

5、将第一预设质量组合的硝酸钴和2-甲基咪唑和50ml去离子水混合，并在超声处理下使充分溶解，得到分散系a；

6、将第二预设质量的磷钨酸加入到50ml去离子水中，在超声处理下使充分溶解，得到分散系b；

7、预处理过的泡沫镍垂直浸入到分散系a和b的混合液中，进行持续机械搅拌；

8、用去离子水反复冲洗负载电催化剂的泡沫镍基底，并将其置于烘箱中烘干后待用，得到pomofs前驱体；

9、将pomofs前驱体放入管式炉中，在氮气气氛中，以第一预设速率升温至第一预设温度，并在该温度下保持第一预设时长，待冷却至室温后得到氧化物中间体；

10、中间体放入管式炉中，称取第三预设质量的尿素置于管式炉上游，在氮气气氛中，以第二预设速率升温至第二预设温度，并在该温度下保持第二预设时长，待冷却至室温后得到目标产物p-con/cwo/co3o4/nf和p-con/cmo/co3o4/nf；

11、p-con/cwo/co3o4/nf作为阳极，p-con/cmo/co3o4/nf作为阴极，在1.0mkoh中构建p-con/cwo/co3o4/nf(+)||p-con/cmo/co3o4/nf(−)非对称碱性电解池。

12、优选地，所述预设面积为2cm2~12cm2。

13、优选地，在第一预设质量组合中，硝酸钴的质量为0.16g-0.64g，2-甲基咪唑的质量为0.82g-3.28g。

14、优选地，所述第二预设质量为0.06g-0.24g。

15、优选地，持续机械搅拌的时长为2h-16h。

16、优选地，烘箱的温度为40℃-100℃，烘干时间为4h-24h。

17、优选地，所述第一预设速率为1℃/min-10℃/min，第一预设温度为300℃-600℃，第一预设时长1h-4h。

18、优选地，第三预设质量为0.2g-2.0g，第二预设速率为1℃/min-10℃/min，第二预设温度为300℃-600℃，第二预设时长为1h-4h。

19、优选地，所述磷钨酸用磷钼酸代替。

20、本发明实施例提供一种非对称碱性电解池用电极材料及其制备方法，该制备工艺操作简单，原料价格低廉，所需设备成本适中，值得被推广应用；得益于非金属元素磷的掺杂和丰富的异质界面对电催化剂的金属中心所处电子环境的调控，使得两种互补的oer/her电催化剂产生了更多的活性位点；本发明所制备的两种互补电催化剂自身的纳米阵列结构所表现出的高比表面积使更多的活性位点被暴露出来，同时这也加速了电极和电解液之间的接触，促进了水的解离动力学；本发明所制备的两种互补电催化剂的自支撑结构有效降低了催化剂和泡沫镍基底间的接触电阻，有效提升了oer/her催化活性和电化学稳定性；本发明所制备的两种互补电催化剂作为碱性电解池的阳极和阴极，在整体水分解过程中能够高效耦合，从而使p-con/cwo/co3o4/nf(+)||p-con/cmo/co3o4/nf(−)非对称碱性电解池表现出优越的ows活性和稳定性。

技术特征：

1.一种非对称碱性电解池用电极材料，其特征在于，基于泡沫镍（nf）上原位生长的多酸基金属有机框架pomofs，通过一种煅烧-氮化策略得到两种具有多界面的磷掺杂钴基纳米阵列异质结电极材料，二者的化学式分别为p-con/cwo/co3o4/nf和p-con/cmo/co3o4/nf，将前者作为阳极，后者作为阴极，在碱性电解液中构建非对称电解池。

2.一种非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，所述预设面积为2cm2~12cm2。

4.根据权利要求2所述的非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，在第一预设质量组合中，硝酸钴的质量为0.16g-0.64g，2-甲基咪唑的质量为0.82g-3.28g。

5.根据权利要求2所述的非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，所述第二预设质量为0.06g-0.24g。

6.根据权利要求2所述的非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，持续机械搅拌的时长为2h-16h。

7.根据权利要求2所述的非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，烘箱的温度为40℃-100℃，烘干时间为4h-24h。

8.根据权利要求2-7任一所述的非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，所述第一预设速率为1℃/min-10℃/min，第一预设温度为300℃-600℃，第一预设时长1h-4h。

9.根据权利要求2-7任一所述的非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，第三预设质量为0.2g-2.0g，第二预设速率为1℃/min-10℃/min，第二预设温度为300℃-600℃，第二预设时长为1h-4h。

10.根据权利要求2所述的非对称碱性电解池用电极材料的制备方法，其特征在于，所述磷钨酸用磷钼酸代替。

技术总结本发明适用于电极材料领域，提供了一种非对称碱性电解池用电极材料及其制备方法，基于泡沫镍（NF）上原位生长的多酸基金属有机框架（POMOFs），通过一种煅烧‑氮化策略得到两种具有多界面的磷掺杂钴基纳米阵列异质结电极材料，二者的化学式分别为P‑CoN/CWO/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/NF和P‑CoN/CMO/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/NF，将前者作为阳极，后者作为阴极，在碱性电解液中构建非对称电解池，本发明的实施例，使P‑CoN/CWO/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/NF(+)||P‑CoN/CMO/Co<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;/NF(−)非对称碱性电解池表现出优越的整体水分解（OWS）活性和稳定性。技术研发人员：吴昭君,冉建薪,赵瀚炜,张转芳,黄孝明受保护的技术使用者：齐齐哈尔大学技术研发日：技术公布日：2024/4/17