一种析氧电极及其制备方法与流程

：本发明涉及电催化，具体涉及一种析氧电极及其制备方法。

背景技术

0、背景技术：

1、随着能源危机和环境问题的加剧，寻求新的能源形式来替代传统的化石能源已成大势所趋。由于氢能相对于其他可再生能源具有能量密度高、绿色及易获取等原因，受到业界的广泛追捧，成为了最具有发展前景的选择之一。目前，氢气的来源主要依赖自化学重整方式，但面临产生温室气体、高能耗等问题，而通过电解水制氢无温室气体产生，产生的氢气纯度高，且能耗小，是比较理想的绿色制氢方式。由于在电解水的两个半反应当中，相对阴极而言，阳极要经受更加严苛的电化学侵蚀作用，在持续氧化电流的极化作用下容易发生降解流失，因而阳极端寿命问题成为了重点关注的问题。此外，催化剂的造价成本亦是限制其大规模应用的障碍之一，因而设计出高效的电催化材料及降低材料成本至关重要。对于阳极析氧催化剂而言，目前氧化铱仍然是主流，而为了实现降本的目的，在氧化铱和基底之间增加中间层的设计将不仅可以延长电极的使用寿命，还能在很大程度上减少氧化铱的用量。现有技术采用锑掺杂氧化锡作为中间层，虽然能一定程度阻挡析氧过程中活性氧中间物种向金属基底的扩散，但电催化过程中的导电性仍然具有较大提升空间。

技术实现思路

0、技术实现要素：

1、本发明提供了一种析氧电极及其制备方法，解决了现有技术析氧反应过程中活性氧向基底转移导致的电极导电能力降低以及氧化铱层活性位点利用率低的问题。

2、本发明是通过以下技术方案予以实现的：

3、一种析氧电极，该析氧电极由金属钛基底、锑掺杂氧化锡第一中间层、钽或铬金属氧化物中至少一种形成的第二中间层及氧化铱最外层所组成，锑掺杂氧化锡中元素锑与锡的摩尔比为(0.91～10)：90，锑掺杂氧化锡第一中间层厚度为0.2～0.5μm，第二中间层厚度为0.1～1.5μm，氧化铱最外层厚度为0.1～0.5μm，元素钽、铬中至少一种与氧化铱最外层中元素铱的摩尔比为(1～20):1。

4、本发明还提供了上述析氧电极的制备方法，包括如下步骤：将金属钛片放入草酸溶液中进行80-100℃水浴加热处理，用去离子水冲洗净并晾干，然后在锑掺杂氧化锡乙醇溶液中浸提1-3次，每浸提一次后放入马弗炉中350～480℃进行热处理，冷却后，量取由钽或铬金属盐中的至少一种配制成的醇溶液滴涂于钛片两侧，烘干后转移至马弗炉中450～480℃进行热处理，冷却后量取铱前驱体醇溶液滴涂于钛片两侧，烘干后转移至马弗炉中450～480℃继续热处理，冷却后得到析氧电极。

5、制备方法具体包括如下步骤：

6、1)将裁剪成1cm*5cm的金属钛片在10-20％的草酸溶液中于80-100℃水浴处理2～6小时，随后用去离子水冲洗干净并晾干，将钛片1cm*2cm的面积区域在10～50wt％锑掺杂氧化锡乙醇溶液中浸提1～3次，每浸提一次即在马弗炉中350～480℃下热处理10～30min，冷却后形成第一中间层；

7、2)量取由钽或铬金属盐中的至少一种配制成的醇溶液滴涂于步骤1)得到的钛片1cm*2cm面积区域的两侧，烘干后转移至马弗炉中450～480℃下热处理10～30min，冷却后形成第二中间层；

8、3)量取铱前驱体醇溶液滴涂于步骤2)得到的钛片两侧，烘干后转移至马弗炉中450～480℃下热处理10～30min，冷却后得到析氧电极。

9、优选地，步骤1)中，钛片在锑掺杂氧化锡乙醇溶液中的浸提次数为2次，每浸提一次后480℃热处理10min。

10、优选地，步骤2)中，所述的铬金属盐选自硝酸铬、乙酸铬、硫酸铬中的至少一种；所述钽金属盐为乙醇钽、甲醇钽或氯化钽中的至少一种。

11、优选地，步骤2)中，钽金属盐的醇溶液中钽的含量为0.183～0.575mol l-1，铬金属盐的醇溶液中铬的含量为0.166～0.5mol l-1。

12、优选地，步骤3)中，铱前驱体醇溶液中铱的含量为0.06～0.182mol l-1。

13、优选地，步骤3)中，所述的铱前驱体选自氯化铱、氯铱酸钾、氯铱酸、氯铱酸铵中的至少一种。

14、优选地，步骤2)或步骤3)中，烘干后转移至马弗炉中480℃下热处理30min。

15、优选地，配制金属钽盐、铬盐及铱前驱体醇溶液的醇类选自乙醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种。

16、本发明还保护上述析氧电极在催化电解水析氧反应中的应用。

17、本发明的有益效果如下：

18、1)本发明的析氧电极结构由锑掺杂氧化锡第一中间层、元素钽、铬金属氧化物中至少一种形成的第二中间层和氧化铱层形成夹层结构负载于钛片上所组成。一方面，中间层中的金属钽和铬的氧化物中至少一种可在析氧反应过程中很大程度阻挡活性氧物种向金属钛基底的转移，避免其被氧化，从而为电催化过程提供较好的导电性。另一方面，钽或铬的金属氧化物中至少一种形成的第二中间层中的金属钽和铬氧化物中的至少一种亦可发挥助催化剂的作用，在析氧的基元步骤中为中间体的吸附和脱附提供便利。

19、2)本发明中析氧电极仅引入唯一的贵金属铱元素，其他均采用过渡金属元素，具有降低成本的优势。

20、3)制备方法操作简便、周期短，可实现批量制备。

技术特征：

1.一种析氧电极，其特征在于，该析氧电极由金属钛基底、锑掺杂氧化锡第一中间层、钽或铬金属氧化物中至少一种形成的第二中间层及氧化铱最外层所组成，锑掺杂氧化锡中元素锑与锡的摩尔比为(0.91～10)：90，锑掺杂氧化锡第一中间层厚度为0.2～0.5μm，第二中间层厚度为0.1～1.5μm，氧化铱最外层厚度为0.1～0.5μm，元素钽、铬中至少一种与氧化铱最外层中元素铱的摩尔比为(1～20):1。

2.权利要求1所述的析氧电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属钛片放入草酸溶液中进行80-100℃水浴加热处理，用去离子水冲洗净并晾干，然后在锑掺杂氧化锡乙醇溶液中浸提1-3次，每浸提一次后放入马弗炉中350～480℃进行热处理，冷却后，量取由钽或铬金属盐中的至少一种配制成的醇溶液滴涂于钛片两侧，烘干后转移至马弗炉中450～480℃进行热处理，冷却后量取铱前驱体醇溶液滴涂于钛片两侧，烘干后转移至马弗炉中450～480℃继续热处理，冷却后得到析氧电极。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤1)中，钛片在锑掺杂氧化锡乙醇溶液中的浸提次数为2次，每浸提一次后480℃热处理10min。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)中，所述的铬金属盐选自硝酸铬、乙酸铬、硫酸铬中的至少一种；所述钽金属盐为乙醇钽、甲醇钽或氯化钽中的至少一种。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤2)中，钽金属盐的醇溶液中钽金属盐的含量为0.183～0.575mol l-1，铬金属盐的醇溶液中铬金属盐的含量为0.166～0.5mol l-1。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤3)中，所述的铱前驱体选自氯化铱、氯铱酸钾、氯铱酸、氯铱酸铵中的至少一种；铱前驱体醇溶液中铱的含量为0.06～0.182moll-1。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，配制钽盐、铬盐及铱前驱体醇溶液的醇类选自乙醇、异丙醇、正丁醇中的至少一种。

9.权利要求1所述的析氧电极在催化电解水析氧反应中的应用。

技术总结本发明公开了一种析氧电极及其制备方法，该析氧电极由金属钛基底、锑掺杂氧化锡第一中间层和元素钽、铬金属氧化物中至少一种形成的第二中间层及最外层氧化铱层所组成；本发明的析氧电极以金属钽或铬的氧化物作为中间层，在析氧反应中能阻挡活性氧物种向金属钛基底的转移，提高电催化过程中的导电性，亦可发挥助催化剂的作用，在析氧的基元步骤中为中间体的吸附和脱附提供便利。技术研发人员：曾黎明,张建华,程华月,温增勇受保护的技术使用者：广东粤科润达科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30