一种泡沫镍负载的Fe-Ce-S修饰Ni(OH)2电催化电极的制备方法及应用

本发明涉及一种电极材料的制备方法及应用，尤其涉及一种泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极的制备方法及应用。

背景技术：

1、电解水制氢是生成纯氢燃料的一种有效途径，具有高效率、无污染、可再生等优点，被认为是最有前景的大规模、经济的制氢技术之一。电催化分解水包括析氢反应(her)和析氧反应(oer)两个半反应。其中oer反应是多步骤过程，包含四个协同质子耦合电子转化，导致oer反应的动力学缓慢、反应能垒高，成为电催化分解水的决速步。因此，开发能有效加速析氧反应的电催化剂成为研究者关注的焦点。目前，商业化的oer催化剂通常是贵金属ruo2/iro2，然而其稀缺性及高昂的制备成本严重限制了工业生产中的大规模应用。

2、过渡金属(fe，ni等)具有在地球上储量极其丰富、价格低廉、催化活性良好等优点，由它们制备的高催化活性的oer电催化剂，具有大规模生产的可能性。其中，ni(oh)2是一种重要的电化学材料，但其电催化活性受到ni(oh)2低电导率的抑制，而在良好导电基底上原位生长ni(oh)2电极是一种有效的解决方法。

3、泡沫镍(nf)具有高强度、良好的导电性和导热性的三维网络结构，以nf作为导电基底，可以优化ni(oh)2材料的导电性，提高ni(oh)2电极材料的电催化活性和稳定性。但制备的泡沫镍负载ni(oh)2电极材料通常存在尺寸小难以扩展、制备工艺复杂使得成本提高、以及大电流密度下电催化活性和稳定性有待进一步优化等问题，这严重限制了其在实际中的应用。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种能耗低、便于制备大尺寸电极、具有优异的电催化析氧性能的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极的制备方法；

2、本发明的第二个目的是提供上述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极的应用。

3、技术方案：本发明所述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将泡沫镍洗涤、干燥；

5、(2)将铁盐、铈盐和硫代硫酸钠溶于水中，混合均匀，作为反应液；

6、(3)室温下，将泡沫镍浸没入反应液中，浸泡完成后，取出泡沫镍，干燥，得到泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极。

7、其中，步骤(1)中，将泡沫镍依次浸入盐酸溶液、去离子水、无水乙醇中并超声清洗除杂，然后进行干燥；盐酸溶液浓度为2～5.0mol·l-1，超声清洗时间为10～20min。所述的泡沫镍的长度和宽度均为1～50cm，厚度为0.05～0.2cm。

8、其中，步骤(2)中，ce离子与fe离子的摩尔比为0.05:1～0.2:1；硫代硫酸钠与fe离子的摩尔比为0.2:1～0.3:1。fe-ce-s在合适的浓度范围内，能优化ni(oh)2的电子结构，其协同作用可提高电极的电催化析氧活性。

9、其中，步骤(2)中，所述铁盐为九水硝酸铁，所述铁盐的浓度为0.08～0.1mol/l。当fe3+离子浓度过低时，不能有效氧化泡沫镍基底(ni金属)，生成ni(oh)2；而fe3+离子浓度过高时，会将泡沫镍基底过度氧化，破坏自支撑基底，变得易碎。

10、其中，步骤(3)中，所述浸泡时间为2～10min。浸泡时间过短，反应无法有效完成。

11、其中，步骤(3)中，所述干燥条件为在60～70℃干燥8～12h。

12、上述的方法制备的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料在电解水制氢中的应用。

13、发明原理：该制备方法以泡沫镍为基底，以九水硝酸铁、六水硝酸铈和五水硫代硫酸钠配制成反应液，将泡沫镍浸泡在反应液中时，fe3+使ni金属氧化，在泡沫镍上原位生长ni(oh)2；硫代硫酸钠溶解于水，形成弱碱性环境，促进ni(oh)2的生成。同时，fe-ce-s掺杂在ni(oh)2中，得到泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料。

14、有益效果：本发明与现有技术相比，取得如下显著效果：

15、(1)本发明泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料原位生长在泡沫镍上，与泡沫镍基底结合紧密，能实现低电荷转移电阻，缩短传质距离，提高电化学活性；本发明的电极材料的制备工艺简单，只需一步反应，且在室温下进行，原料来源广泛且价格低廉。因此，制备成本低，操作简单，适合大规模商业化生产，具有良好的应用前景。

16、(2)本发明以泡沫镍作为基底进行原位生长，无需额外进行电极材料涂覆与使用粘结剂，泡沫镍具有三维网络大孔结构，可以提供高比表面积和电导率；

17、(3)本发明泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料，在碱性电解液中，在电流密度10ma·cm-2、100ma·cm-2和200ma·cm-2时仅需要197mv、243mv和270mv的过电位。对由本发明方法制备的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料施加200ma·cm-2电流100h，其电催化析氧性能依然保持稳定，因此本发明所述电极材料具有优异的电催化析氧活性和稳定性。

技术特征：

1.一种泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化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所述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料的制备方法，步骤(2)中，ce离子与fe离子的摩尔比为0.05:1～0.2:1；硫代硫酸钠与fe离子的摩尔比为0.2:1～0.3:1。

3.根据权利要求1所述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料的制备方法，步骤(2)中，所述铁盐为九水硝酸铁，铁盐浓度为0.08～0.1mol/l。

4.根据权利要求1所述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料的制备方法，步骤(3)中，所述浸泡时间为2～10min。

5.根据权利要求1所述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料的制备方法，步骤(3)中，所述干燥条件为在60～70℃干燥8～12h。

6.根据权利要求1所述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料的制备方法，步骤(1)中，将泡沫镍依次浸入盐酸溶液、去离子水、无水乙醇中并超声清洗除杂，然后进行干燥。

7.根据权利要求1所述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的泡沫镍的长度和宽度均为1～50cm，厚度为0.05～0.2cm。

8.根据权利要求6所述的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料的制备方法，其特征在于，盐酸溶液浓度为2～5.0mol·l-1，超声清洗时间为10～20min。

9.一种权利要求1所述的方法制备的泡沫镍负载的fe-ce-s修饰ni(oh)2电催化电极材料在电解水制氢中的应用。

技术总结本发明公开了一种泡沫镍上原位生长的Fe‑Ce‑S修饰Ni(OH)<subgt;2</subgt;电催化电极材料及其应用，该电极材料的制备方法为：首先对泡沫镍进行预处理，然后配制反应液，在室温下将预处理的泡沫镍浸泡在反应液中，浸泡完成后，取出泡沫镍后进行干燥，获得泡沫镍上原位生长的Fe‑Ce‑S修饰Ni(OH)<subgt;2</subgt;电催化电极材料。该电极材料的制备方法简单，能耗低，便于制备大尺寸电极材料，且制备的Fe‑Ce‑S修饰Ni(OH)<subgt;2</subgt;电催化电极材料具有优异的电催化析氧性能。技术研发人员：柏瑞,缪菊红,陈思宇,金曼,薛鹏飞受保护的技术使用者：南京信息工程大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10