镍基电解水催化材料的表面改性方法及电解水催化材料

本公开涉及电解水催化，尤其涉及一种镍基电解水催化材料的表面改性方法及电解水催化材料。

背景技术：

1、电解水制氢被认为是一种实现全球碳中和的清洁能源技术，包括阳极析氧反应（oer）和阴极析氢反应（her），析氢反应和析氧反应均发生在材料与电解液的界面，其中，析氧反应的动力学涉及多个质子耦合电子转移步骤，比析氢反应的动力学更缓慢，在很大程度上限制了全解水的效率。

2、目前，镍基电解水催化材料因具有良好的电解水析氢析氧活性及耐杂质性能，被广泛用作商业碱性电解槽的催化材料。但是，镍基电解水催化材料反应过程中表面活性位点数量较少，需要较大的过电位，使得电解水能耗偏高，难以满足商业生产需求，因此，如何开发出高活性、低成本、长期稳定运行的电催化材料仍是亟待解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供了一种镍基电解水催化材料的表面改性方法及电解水催化材料，具有工艺简单、成本低和稳定性高的优点，适用于商业电解槽。

2、第一方面，本公开实施例提供了一种镍基电解水催化材料的表面改性方法，采用如下技术方案：

3、镍基电解水催化材料的表面改性方法包括：

4、将待改性的镍基底材料浸入含过渡金属阳离子的第一溶液中进行一次修饰处理，在镍基底材料表面形成层状双氢氧化物；

5、对一次修饰处理后的镍基底材料表面形成的层状双氢氧化物进行等离子刻蚀处理，形成阴阳双空位层状双氢氧化物；

6、将等离子刻蚀处理后的阴阳双空位层状双氢氧化物浸入含高价金属阳离子的第二溶液中进行二次修饰处理，形成含高价金属单原子的层状双氢氧化物。

7、在第一方面的一种可能的实施方式中，第一溶液中的金属阳离子包括以下离子中的至少一种：fe离子、co离子、cr离子、cu离子、zn离子和mn离子。

8、在第一方面的一种可能的实施方式中，第一溶液中还包括尿素和氟化铵。

9、在第一方面的一种可能的实施方式中，第一溶液中还包括表面活性剂。

10、在第一方面的一种可能的实施方式中，一次修饰处理的时长为4h~8h，温度为30℃~60℃。

11、在第一方面的一种可能的实施方式中，第二溶液中的金属阳离子包括以下离子盐溶液中的至少一种：六氯化钨、二水钼酸钠和二水偏钒酸钠。

12、在第一方面的一种可能的实施方式中，第二溶液中的金属阳离子包括钨离子，第二溶液由六氯化钨、无水乙醇和纯水配制得到。

13、在第一方面的一种可能的实施方式中，第二溶液中的金属阳离子包括钼离子，第二溶液由二水钼酸钠和温度为2℃-8℃的去离子水配制得到。

14、在第一方面的一种可能的实施方式中，第二溶液中的金属阳离子包括钒离子，第二溶液由二水偏钒酸钠和纯水配制得到，二次修饰处理时的水浴温度为50℃~70℃。

15、第二方面，本公开实施例还提供了一种电解水催化材料，采用如下技术方案：

16、电解水催化材料包括镍基底材料，以及，镍基底材料表面修饰的含高价金属单原子的层状双氢氧化物，电极水催化材料由上述镍基电解水催化材料的表面改性方法制备得到。

17、如上，本公开实施例中的镍基电解水催化材料的表面改性方法，先将待改性的镍基底材料浸入含过渡金属阳离子的第一溶液中进行一次修饰处理，在镍基底材料表面形成层状双氢氧化物；再对一次修饰处理后的镍基底材料表面形成的层状双氢氧化物进行等离子刻蚀处理，形成阴阳双空位层状双氢氧化物；再将等离子刻蚀处理后的阴阳双空位层状双氢氧化物浸入含高价金属阳离子的第二溶液中进行二次修饰处理，形成含高价金属单原子的层状双氢氧化物。

18、也就是说，本公开实施例能够先通过湿化学浸渍和等离子刻蚀工艺处理可控地制备出含有镍、氧原子均匀空位的镍基复合催化材料，然后在水热法的辅助下进一步构造出高价元素单原子体系镍基电极材料，不仅工艺简单、原料易得，而且所得高价元素单原子体系镍基电极材料反应温和、快捷高效、电催化析氧性能更高、适合大面积生产，在电解水方面的巨大潜在价值以及应用前景，为构筑高效稳定的碱性电解槽电极材料制备提供了研究思路。

19、上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本公开的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

技术特征：

1.一种镍基电解水催化材料的表面改性方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶液中的金属阳离子包括以下离子中的至少一种：fe离子、co离子、cr离子、cu离子、zn离子和mn离子。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶液中还包括尿素和氟化铵。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一溶液中还包括表面活性剂。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述一次修饰处理的时长为4h~8h，温度为30℃~60℃。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二溶液中的金属阳离子包括以下离子盐溶液中的至少一种：六氯化钨、二水钼酸钠和二水偏钒酸钠。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二溶液中的金属阳离子包括钨离子，所述第二溶液由六氯化钨、无水乙醇和纯水配制得到。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二溶液中的金属阳离子包括钼离子，所述第二溶液由二水钼酸钠和温度为2℃-8℃的去离子水配制得到。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二溶液中的金属阳离子包括钒离子，所述第二溶液由二水偏钒酸钠和纯水配制得到，二次修饰处理时的水浴温度为50℃~70℃。

10.一种电解水催化材料，其特征在于，包括镍基底材料，以及，所述镍基底材料表面修饰的含高价金属单原子的层状双氢氧化物，所述电极水催化材料由权利要求1~9任一项所述的镍基电解水催化材料的表面改性方法制备得到。

技术总结本公开实施例公开了一种镍基电解水催化材料的表面改性方法及电解水催化材料。该方法包括：将待改性的镍基底材料浸入含过渡金属阳离子的第一溶液中进行一次修饰处理，在镍基底材料表面形成层状双氢氧化物；对一次修饰处理后的镍基底材料表面形成的层状双氢氧化物进行等离子刻蚀处理，形成阴阳双空位层状双氢氧化物；将等离子刻蚀处理后的所述阴阳双空位层状双氢氧化物浸入含高价金属阳离子的第二溶液中进行二次修饰处理，形成含高价金属单原子的层状双氢氧化物。该方法具有工艺简单、成本低和稳定性高的优点。技术研发人员：张跃,田震,康卓,谢勇,郑文豪,蒋周瑜,邱安原,孙瑜,汪鑫受保护的技术使用者：北京科技大学技术研发日：技术公布日：2024/7/15