一种电极材料及其制备方法和应用

本发明涉及电催化领域，具体涉及一种电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、金属气凝胶是一类在电催化领域中被广泛研究和应用的材料，其制备过程通常是将金属离子还原为金属水凝胶，再经超临界萃取或冷冻干燥等方法制备成金属气凝胶，因此，金属气凝胶材料通常为粉体，使用时需要通过粘结剂将其粘附于集流体表面，然而，粘结剂本身导电性差，会影响将金属气凝胶粘附于集流体表面后所形成的复合材料的导电性，同时粘结剂的引入会使得金属气凝胶的孔道结构受到堵塞，使气凝胶材料的电催化性能难以得到充分发挥。因此，现有由金属气凝胶与集流体复合而成的电极材料普遍存在着导电性和电催化活性差等问题，亟待解决。

技术实现思路

1、本发明提供一种电极材料及其制备方法和应用，能够提高由金属气凝胶和集流体复合而成的电极材料的导电性和电催化活性等性能，有效克服现有技术存在的缺陷。

2、本发明的一方面，提供一种电极材料的制备方法，包括以下步骤：在集流体的表面电沉积金属前驱体，得到包括所述集流体、以及附着于所述集流体的表面的所述金属前驱体的基体；将所述基体置于含有第二金属离子的第二电解液中，在含有硼酸根的还原剂存在下进行电解，以使所述第二金属离子还原为第二金属并形成附着于所述基体上的金属气凝胶，得到所述电极材料。

3、根据本发明的一实施方式，所述金属前驱体的金属种类与所述金属气凝胶的金属种类相同或不同；和/或，所述金属前驱体包括过渡金属，优选包括贵金属、铁、镍和钴中的一种或多种，优选地，所述贵金属包括pt、pd、ru、au中的一种或多种；和/或，所述金属气凝胶包括过渡金属，优选包括贵金属、铁、镍和钴中的一种或多种，优选地，所述贵金属包括pt、pd、ru、au中的一种或多种。

4、根据本发明的一实施方式，所述在集流体的表面电沉积金属前驱体的过程包括：将第一金属源、氯化铵和水混合，配制成第一电解液；将所述集流体置于所述第一电解液中进行电沉积，以使来自于所述第一金属源的第一金属离子形成第一金属并沉积于所述集流体的表面，从而使所述集流体的表面形成金属前驱体，得到所述基体。

5、根据本发明的一实施方式，所述金属前驱体的厚度为1～5μm。

6、根据本发明的一实施方式，当所述第二电解液中含有一种所述第二金属离子时，所述电解的运行电压低于所述第二金属离子的氧化还原电势；当所述第二电解液中含有至少两种第二金属离子时，所述电解的运行电压低于其中至少一种第二金属离子的氧化还原电势。

7、根据本发明的一实施方式，所述含有硼酸根的还原剂包括碱金属硼氢化物，优选包括硼氢化钠；和/或，所述将所述基体置于含有第二金属离子的第二电解液中，在含有硼酸根的还原剂存在下进行电解，具体包括：将用于提供所述第二金属离子的第二金属源和水混合，制得所述第二电解液；将所述基体置于所述第二电解液中，在低于所述第二金属离子的氧化还原电势的运行电压下，先通电3～7min，然后在保持通电的状态下，向所述第二电解液中加入所述含有硼酸根的还原剂，继续保持通电，以使所述第二金属离子还原为金属并形成附着于所述基体上的金属气凝胶，得到所述电极材料；优选地，所述继续保持通电的时间为0.8～1.2h。

8、根据本发明的一实施方式，所述金属气凝胶的厚度为2～5μm。

9、根据本发明的一实施方式，所述集流体包括泡沫金属、碳布、碳纸和导电金属极板中的一种或多种；优选地，所述泡沫金属包括泡沫镍、泡沫钴、泡沫铁、泡沫铜和泡沫合金中的一种或多种。

10、本发明的另一方面，提供一种电极材料，其按照上述电极材料的制备方法制得。

11、本发明的另一方面，提供一种上述电极材料在电解水和/或电催化有机物氧化方面的应用。

12、本发明提供的电极材料及其制备方法，通过电化学辅助还原生长金属气凝胶过程，实现在集流体上原位生长金属气凝胶，金属气凝胶在电催化过程中可以提供丰富的活性位点与传质路径，由此可提高电极材料的电催化活性等性能；同时，本发明在集流体上原位生长金属气凝胶，无需采用粘结剂等材料将金属气凝胶粘附于集流体上，可避免粘结剂堵塞金属气凝胶的孔道结构等问题，从而可提高由集流体和附着于集流体表面的金属气凝胶形成的电极材料的导电性和电催化活性等性能。

技术特征：

1.一种电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，

3.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述在集流体的表面电沉积金属前驱体的过程包括：

4.根据权利要求1-3任一项所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述金属前驱体的厚度为1～5μm。

5.根据权利要求1所述的电极材料的制备方法，其特征在于，

6.根据权利要求1或5所述的电极材料的制备方法，其特征在于，

7.根据权利要求1或5所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述金属气凝胶的厚度为2～5μm。

8.根据权利要求1-3任一项所述的电极材料的制备方法，其特征在于，所述集流体包括泡沫金属、碳布、碳纸和导电金属极板中的一种或多种；优选地，所述泡沫金属包括泡沫镍、泡沫钴、泡沫铁、泡沫铜和泡沫合金中的一种或多种。

9.一种电极材料，其特征在于，其按照权利要求1-8任一项所述的电极材料的制备方法制得。

10.一种权利要求9所述的电极材料在电解水和/或电催化有机物氧化方面的应用。

技术总结本发明提供一种电极材料及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：在集流体的表面电沉积金属前驱体，得到包括所述集流体、以及附着于所述集流体的表面的所述金属前驱体的基体；将所述基体置于含有第二金属离子的第二电解液中，在含有硼酸根的还原剂存在下进行电解，以使所述第二金属离子还原为第二金属并形成附着于所述基体上的金属气凝胶，得到所述电极材料。本发明可实现在集流体上原位生长金属气凝胶，无需采用粘结剂等材料将金属气凝胶粘附于集流体上，从而可提高所制得的电极材料的导电性和电催化活性等性能。技术研发人员：杨帆,刘洪辰,李永峰受保护的技术使用者：中国石油大学（北京）技术研发日：技术公布日：2024/6/23