氧和氢析出反应双功能电催化剂、制备方法及其应用

本发明涉及电解水产氢/氧用泡沫镍/镍铁钌电催化剂复合结构制备，具体涉及一种氧和氢析出反应双功能电催化剂，以及该电催化剂的制备方法和应用。

背景技术：

1、对氧析出反应和氢析出反应具有高电催化活性的电催化剂在电解水产氢/氧领域具有广泛的应用前景。然而，目前商用的氧析出反应电催化剂主要由贵金属铱和钌及其氧化物组成，商用的氢析出反应电催化剂主要由贵金属铂基结构组成。由于铱、钌、铂等贵金属价格昂贵并且在地球中的储量有限，因此，电催化剂的大规模应用受到了很大限制。

2、泡沫镍具有高电导率、耐腐蚀等优良特点，被广泛研究作为载体制备氧析出反应和氢析出反应电催化剂。然而，现有制备方法存在制备步骤复杂、耗时、成本高、电催化剂活性和不足等问题。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提供一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂及其制备方法、应用，其制备方法简单、成本较低，所获得的电催化剂对氧析出反应及氢析出反应都具有很高的电催化活性。

2、为了实现以上目的，本发明采取的一种技术方案是：一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂，包括：泡沫镍以及沉积在所述泡沫镍上的镍铁钌复合结构。

3、本发明所述的一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，包括如下步骤：

4、步骤s10、按比例配制氯化镍、柠檬酸三钠、铁盐、钌盐及水成为第一混合水溶液，并加热；

5、优选的，所述氯化镍、柠檬酸三钠、铁盐、钌盐和水的质量比为(4-8)：1：(0.2-1)：(0.01-0.1)：(200-300)；

6、更优选的，所述钌盐包括醋酸钌、三氯化钌，所述混合溶液中钌盐的浓度为0.20-0.50mmol/l；所述铁盐选自硫酸亚铁或氯化亚铁，所述混合溶液中铁盐的浓度为5-10mmol/l；所述第一混合水溶液加热到75-85℃。

7、步骤s20、将泡沫镍放入所述第一混合水溶液中，并向所述第一混合水溶液中加入水合肼，获得第二混合水溶液；

8、进一步的，所述水合肼的用量为所述第一混合水溶液的1/50-1/25(体积比)，所述水合肼的浓度为80％；

9、更优选的，所述泡沫镍为面密度340-360g/m2，孔隙率98％，含镍99.9％。

10、步骤s30、将所述第二混合水溶液在一定温度下保温一段时间，获得镍铁钌复合结构，即所述双功能电催化剂。

11、优选的，所述第二混合水溶液在75-85℃下保温1.5-2.5小时。

12、作为本发明的进一步改善，本发明还提供一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法得到的双功能电催化剂，包括泡沫镍以及沉积在所述泡沫镍上的镍铁钌复合结构。

13、本发明还提供该双功能电催化剂在氧析出或/和氢析出反应中的应用，可以取得具有更优的氧析出反应催化动力学、氢析出反应催化动力学及更快的电子传输特点、氢析出反应电催化活性、更明显的稳定性，该双功能电催化剂应用在氧析出和氢析出反应中具有优异的催化性能。

14、本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

15、(1)本发明的一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂及其制备方法、应用，所获得双功能电催化剂对氧析出反应及氢析出反应都具有很高的电催化活性，并且其氧析出反应电催化活性高于商用的氧化铱催化剂，氢析出反应电催化活性高于商用的铂碳催化剂，全水分解性能高于商用的铂碳-氧化铱催化剂。

16、(2)本发明的一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂及其制备方法、应用，贵金属钌含量使用极低，同时制备方法简单，利用极少量的贵金属掺杂即可合成性能超过铂碳和氧化铱的双功能催化剂，成本较低。

17、(3)本发明的一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂及其制备方法、应用，用所述双功能催化剂制备获得电极具有更优的氧析出反应催化动力学、氢析出反应催化动力学及更快的电子传输特点、氢析出反应电催化活性、更明显的稳定性。

技术特征：

1.一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂，其特征在于，包括：泡沫镍以及沉积在所述泡沫镍上的镍铁钌复合结构。

2.根据权利要求1所述的一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤s10中氯化镍、柠檬酸三钠、铁盐、钌盐和水的质量比为(4-8)：1：(0.2-1)：(0.01-0.1)：(200-300)。

4.根据权利要求3所述的氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述钌盐包括醋酸钌、三氯化钌，所述混合溶液中钌盐的浓度为0.20-0.50mmol/l。

5.根据权利要求3所述的氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述铁盐选自硫酸亚铁或氯化亚铁，所述混合溶液中铁盐的浓度为5-10mmol/l。

6.根据权利要求2所述的氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述s10中所述第一混合水溶液加热到75-85℃。

7.根据权利要求2所述的氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述水合肼的用量为所述第一混合水溶液的1/50-1/25(体积比)，所述水合肼的浓度为80％。

8.根据权利要求2所述的氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述s30中所述第二混合水溶液在75-85℃下保温1.5-2.5小时。

9.根据权利要求2所述的氧和氢析出反应的双功能电催化剂的制备方法，其特征在于，所述泡沫镍为面密度340-360g/m2，孔隙率98％，含镍99.9％。

10.根据权利要求1所述的氧和氢析出反应的双功能电催化剂在氧析出或/和氢析出反应中的应用。

技术总结本发明提供了一种氧和氢析出反应的双功能电催化剂及其制备方法，包括如下步骤：S10按比例配制氯化镍、柠檬酸三钠、铁盐、钌盐及水的第一混合水溶液并加热；S20将泡沫镍放入所述第一混合水溶液中，并向所述第一混合水溶液中加入水合肼，获得第二混合水溶液；S30将所述第二混合水溶液在一定温度下保温一段时间后获得双功能电催化剂。本发明的一种用于氧和氢析出反应的双功能电催化剂及其制备方法，制备方法简单、成本较低，所获得的电催化剂对氧析出反应及氢析出反应都具有很高的电催化活性；该双功能电催化剂应用在氧析出和氢析出反应中具有优异的催化性能。技术研发人员：赵相龙,张森,宋扬,陈丽,张林,陈婷,庞岩涛,李鲁艳,时术华,陈飞勇受保护的技术使用者：山东建筑大学技术研发日：技术公布日：2024/6/5