一种高活性自支撑碱性析氧电极及其制备方法与应用

本申请涉及一种高活性自支撑碱性析氧电极及其制备方法与应用，属于电催化领域。

背景技术：

1、氢能是一种高热值，高能量密度(140mj/kg)的二次清洁能源，并且燃烧产物是无污染的水。氢储能技术把电能进行储存，不仅有所需面积小(兆瓦级设备占地面积＜100m2)、储能密度高、存储时间长、输送距离远、用途渠道多等优势。同时，利用氢能将太阳能、风能等波动性大的可再生能源存储起来，可以避免它们直接接入电网带来的冲击。

2、水电解制氢是一种高效环保的工业制氢技术，可制备的氢气纯度可达99.999％。电化学水分解由两个半反应组成，分别是阴极析氢反应(her)和阳极析氧反应(oer)。目前，oer催化剂的效率低且动力学缓慢，阻碍了氢气的大规模生产，常加入铂族贵金属氧化物(如iro2和ruo2)来降低oer反应的过电位并促进oer过程，但是有限的性能提升和高成本性仍然阻碍着它们的商业化进程。

3、层状双氢氧化物(ldh)催化剂化学组成可调节、原料来源广泛且制备成本低，具有大规模应用的前景。基于镍铁基的ldh催化剂改性有利于进一步降低oer过电位并提升催化效率，调节微观形貌以提升催化活性面积来提高析氧活性是一种有效手段。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，提供了一种高活性自支撑碱性析氧电极及其制备方法与应用，该催化剂在碱性电解质中表现出良好的电催化析氧性能，具有过电势低、易制备的特点；其制备方法简单，催化剂成本低，并且在碱性析氧反应中催化性能表现良好。

2、根据本申请的一个方面，提供了一种高活性自支撑碱性析氧电极的制备方法，包括以下步骤：

3、(1)将适量的镍源、铁源以及锌源加入超纯水中，搅拌均匀形成电沉积镀液，以经过预处理的泡沫镍作为阴极进行恒电流电沉积，之后于真空中75～85℃放置1h，将获得前驱体1；

4、(2)将前驱体1放入强碱水溶液中，浸泡，之后用超纯水清洗，自然晾干。

5、具体地，步骤(2)中自然晾干在室温进行。

6、可选地，所述的镍源为六水合硝酸镍，所述的铁源为九水合硝酸铁，所述的锌源为六水合硝酸锌；六水合硝酸镍的摩尔浓度为10mm且三种硝酸盐的摩尔浓度总和为20mm。

7、可选地，所述电沉积的体系为二电极体系或三电极体系，采用二电极体系时，正电极采用1cm×1cm铂片电极；采用三电极体系时，对电极采用1cm×1cm铂片电极，参比电极采用ag/agcl电极。

8、可选地，所述恒电流电沉积的电流密度为1～60ma/cm2，沉积时间为100～6000s。

9、可选地，所述强碱水溶液为6m naoh水溶液或6m koh水溶液。

10、可选地，所述浸泡为常温浸泡10～60min。

11、可选地，所述泡沫镍厚度为0.3mm；所述预处理步骤为：6m盐酸、无水乙醇和超纯水分别超声处理10min。

12、具体地，预处理的目的是去除其表面杂质。

13、根据本申请的另一方面，本申请还提供了上述的制备方法制备得到的高活性自支撑碱性析氧电极。

14、根据本申请的又一方面，本申请还提供了上述的制备方法制得的高活性自支撑碱性析氧电极或上述的高活性自支撑碱性析氧电极在电解水反应中的应用。

15、本申请的有益效果包括但不限于：

16、1.本申请的高活性自支撑碱性析氧电极可有效的进行电催化析氧反应，它利用zn元素掺杂制备nifezn ldh前驱体，通过强碱蚀刻过程移除zn物种，改变了常规的nife ldh的形貌，并获得的具有丰富缺陷表面的纳米片结构，具有优异的电催化剂性能。

17、2.本申请的高活性自支撑碱性析氧电极的制备方法，制备过程操作简单且可控，原料成本较低，催化剂性能较好，有商业应用的潜力。

技术特征：

1.一种高活性自支撑碱性析氧电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的镍源为六水合硝酸镍，所述的铁源为九水合硝酸铁，所述的锌源为六水合硝酸锌；六水合硝酸镍的摩尔浓度为10mm且三种硝酸盐的摩尔浓度总和为20mm。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积的体系为二电极体系或三电极体系，采用二电极体系时，对电极采用铂片电极；采用三电极体系时，对电极采用1cm×1cm铂片电极，参比电极采用ag/agcl电极。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述恒电流电沉积的电流密度为1～60ma/cm2，沉积时间为100～6000s。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述强碱水溶液为6m naoh水溶液或6m koh水溶液。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡为常温浸泡10～60min。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫镍厚度为0.3mm；所述预处理步骤为：6m盐酸、无水乙醇和超纯水分别超声处理10min。

8.权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的高活性自支撑碱性析氧电极。

9.权利要求1～7任一项所述的制备方法制得的高活性自支撑碱性析氧电极或权利要求8所述的高活性自支撑碱性析氧电极在电解水反应中的应用。

技术总结本申请公开了一种高活性自支撑碱性析氧电极及其制备方法与应用，其主要通过简单电沉积结合强碱蚀刻两步法制备。所述电极将镍铁锌层状双氢氧化物(NiFeZn LDH)的纳米片层结构负载在泡沫镍(Nickel Foam，NF)后通过强碱蚀刻移除Zn物种，形成一种二维的自支撑稳定结构。其制备方法包括以下步骤：首先，采用计时电位法进行恒电流电沉积，在泡沫镍表面上直接原位沉积NiFeZn LDH纳米片，随后，将样品置于强碱溶液中，得到蚀刻后的Defected‑NiFeZn LDH(D‑NiFeZn LDH)，同时Zn物种的移除使得NiFe LDH电子结构发生改变，使得D‑NiFeZn LDH电极具有优异的碱性析氧性能。本发明采用制备方法快捷，试剂价格较低，性能优异，具有商业化应用的潜力。技术研发人员：李晓锦,张宗博,叶克受保护的技术使用者：中国科学院青岛生物能源与过程研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/23