催化电极及其制备方法、电化学系统

本申请涉及电催化析氢的，尤其涉及一种催化电极及其制备方法、电化学系统。

背景技术：

1、一般情况下，在海水电解制氢技术中，使用催化剂是提高制氢效率和降低能耗的关键手段之一。

2、然而，传统的铂/碳电极与二氧化钌等作为商业的电解催化剂，虽然在提高效率方面发挥了重要作用，但却面临着高昂成本和稀缺性等缺点，限制了海水制氢的大规模开发。同时，海水中含有大量的氯离子，导致电解效率降低并产生腐蚀性物质，对电解设备造成腐蚀和堵塞。此外，传统的电解水制氢由于析氧反应(oer，标准电势为+1.23v)需要较高的能量进行水分解。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种催化电极及其制备方法。

2、另，本申请还提供一种具有上述催化电极的电化学系统。

3、一种催化电极的制备方法，包括步骤：将一基底置于钴盐溶液中并进行第一次水热处理，获得前驱体，所述前驱体包括所述基底及负载于所述基底的氢氧化钴；将所述前驱体置于硫源中并进行第二次水热处理，获得所述催化电极，所述催化电极包括基底及负载于所述基底的钴基硫化物。

4、在一些实施方式中，所述第一次水热处理的温度是90℃～130℃，时间为3～15h。

5、在一些实施方式中，所述第二次水热处理包括温度是90℃～130℃，时间为3～15h。

6、在一些实施方式中，所述硫源包括硫代硫酸钠、硫代乙酰胺、二叔丁基二硫以及硫化钠中的至少一种。

7、在一些实施方式中，所述基底包括泡沫镍、镍片或镍带。

8、在一些实施方式中，所述钴盐溶液包括钴离子溶液、尿素以及氟化铵或者包括钴离子溶液、乌洛托品以及氟化铵。

9、在一些实施方式中，所述钴离子溶液通过将废弃锂离子电池的正极材料溶解于酸性溶液获得或由含有钴元素的药品获得。

10、一种由上所述的催化电极的制备方法制备的催化电极，所述催化电极包括基底及负载于所述基底的钴基硫化物。

11、在一些实施方式中，由钴离子、尿素及氟化铵所制备的前驱体经硫化后所形成的催化电极呈针状，所述基底包括泡沫镍、镍片或镍带中的至少一种。

12、一种电化学系统，包括两个上所述催化电极、阳极池和阴极池，两个所述催化电极分别作为阳极和阴极，所述阳极置于阳极池中，所述阴极置于阴极池中，所述阳极池和所述阴极池之间设有离子交换膜，所述阳极池中用于容置含硫废水，所述阴极池中用于容置海水。

13、本申请提供的由钴离子、尿素及氟化铵所制备的前驱体经硫化后所形成的催化电极呈针状形貌结构，能够利用静电排斥作用，将自由电子迁移到带电催化电极上的尖锐区域，增加自由电子密度，从而增强局部电场强度，此外，与sor结合制氢，降低海水分解制氢的驱动电压，促进海水分解制氢性能提升。另外，本申请中得到的所述催化电极的zeta电位为负数，能够有效的避免氯离子的吸附，减轻氯离子对催化剂的腐蚀作用。

14、本申请提供的电化学系统使用上述催化电极，从而可以同时实现制氢和处理含硫废水。

技术特征：

1.一种催化电极的制备方法，其特征在于，包括步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征是在于，所述第一次水热处理的温度是90℃～130℃，时间为3～15h。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二次水热处理包括温度是90℃～130℃，时间为3～15h。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述硫源包括硫化钠、硫代乙酰胺、二叔丁基二硫以及硫代硫酸钠中的至少一种。

5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述基底包括泡沫镍、镍片或镍带。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述钴盐溶液包括钴离子溶液、尿素以及氟化铵或者包括钴离子溶液、乌洛托品以及氟化铵。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述钴离子溶液通过将废弃锂离子电池的正极材料溶解于酸性溶液获得或由含有钴元素的药品获得。

8.一种由权利要求1至7中任意一项所述的催化电极的制备方法制备的催化电极，其特征在于，所述催化电极包括基底及负载于所述基底的钴基硫化物。

9.如权利要求8所述的催化电极，其特征在于，由钴离子、尿素及氟化铵所制备的前驱体经硫化后所形成的所述催化电极呈针状，所述基底包括泡沫镍、镍片或镍带中的至少一种。

10.一种电化学系统，其特征在于，包括两个如权利要求8或9所述的催化电极、阳极池和阴极池，两个所述催化电极分别作为阳极和阴极，所述阳极置于阳极池中，所述阴极置于阴极池中，所述阳极池和所述阴极池之间设有离子交换膜，所述阳极池中用于容置含硫废水，所述阴极池中用于容置海水。

技术总结本申请提供了一种催化电极的制备方法，包括步骤：将一基底置于钴盐溶液中并进行第一次水热处理，获得前驱体，前驱体包括基底及负载于基底的氢氧化钴；将前驱体置硫源中并进行第二次水热处理，获得催化电极，催化电极包括基底及负载于基底的钴基硫化物。本申请提供的制备方法制造的催化电极能够利用静电排斥作用，将自由电子迁移到带电的电极上的尖锐区域，增加自由电子密度，从而增强局部电场强度，降低海水分解制氢的驱动电压，促进海水分解制氢性能提升。另外，本申请中得到的催化电极具有极低的Zeta电位，能够有效的避免氯离子的吸附，减轻氯离子对催化剂的腐蚀作用。另，本申请还提供一种催化电极及电化学系统。技术研发人员：周光敏,李彤彤,王勃然受保护的技术使用者：清华大学深圳国际研究生院技术研发日：技术公布日：2024/6/20