[发明专利]负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途。根据本发明的所述泡沫镍上负载竖直排列的α‑NiOOH纳米片的电极材料具有大的比表面积，电化学性能稳定，在电解水方面效率更高。根据本发明的所述电极材料的制备方法工艺简单，对环境友好，反应条件温和可控，适合大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及电极材料的制备领域，具体而言，涉及一种负载型NiOOH电极材料及其制备方法和用途。

背景技术

面对日益严峻的环境问题和能源危机，探索可替代的能源存储和转换系统是解决这些问题的关键。氢能源由于其燃烧时理想的发热值和绿色的燃烧产物被认为是一种清洁、高效、可再生的理想能源，电解水制氢是实现工业化廉价制备氢气的重要手段。

电解水过程由两个半反应组成：析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。析氢反应可以在相对低的超电势(η)下完成，而析氧反应过程在动力学的要求下则需要更高的超电势，因为O-H键断裂和随后的O-O键形成需要达到高的能量势垒。因此，制备高效稳定的OER电催化剂就显得尤为重要。目前商用的析氧催化剂主要为IrO₂和RuO₂等贵金属，其高昂的价格和稀有的储量制约了这一过程的发展，寻找价格低廉和储量丰富的非贵金属催化剂成为近年来研究的热点。

Ni基纳米材料(例如NiSe，NiS，NiO等)是用于析氧反应的最有潜力的电催化剂之一，在它们的电催化过程中，NiOOH通常被认为在碱性电解质溶液中作为活性物质而起关键作用。在自然界中，NiOOH具有层状结构并且以三种形式存在：α-NiOOH(斜方晶)，β-NiOOH(六方晶)和γ-NiOOH(六方晶)。到目前为止，一系列的研究工作主要集中在第一列过渡金属氧化物和氢氧化物、钙钛矿和硫族化物等，在这些过渡金属催化剂中，Ni基化合物已被证明是用于碱性电解质OER的最好的电催化剂。众所周知，镍(氧)氢氧化物(NiOOH)是Ni(OH)₂的氧化或充电状态，许多研究报道，NiOOH中加入Fe具有很好的OER活性，但是，很少有报道研究纯NiOOH的OER活性，这对研究Ni在碱性溶液中的催化机理有很好的指导作用。此外，泡沫镍具有三维立体网状结构，使用它作为基底可以增加电化学过程中的电荷转移速率，基底与材料之间化学键的连接方式使得样品的稳定性显著提高。因此，仍然有需要寻找一种制备方法工艺简单，对环境友好，反应条件温和可控的制备方法，制备一种具有低超电势高稳定性的电解水镍基OER催化剂材料。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的一个目的在于提供一种在泡沫镍上负载竖直排列的α-NiOOH纳米片结构的电极材料的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

1)泡沫镍的预处理：在室温下，将泡沫镍在3.0M HCl溶液中超声15min，然后依次用去离子水、无水乙醇清洗2至3次，备用。

2)镍(Ⅱ)溶液的制备：将NiCl₂·6H₂O固体溶解于去离子水中，至Ni²⁺浓度为5mmol/L至50mmol/L，优选为10mmol/L至40mmol/L，更优选为25mmol/L。

3)丁二酮肟醇溶液的制备：称取丁二酮肟固体溶解于无水乙醇中，至丁二酮肟浓度为5mmol/L至100mmol/L，优选为20mmol/L至80mmol/L，更优选为50mmol/L。

4)将步骤2)和3)中制备的镍溶液和丁二酮肟醇溶液加入反应釜的聚四氟乙烯内衬中，搅拌10min后，将预处理过的泡沫镍竖直浸入其中，预处理泡沫镍完全浸入溶液中，拧紧釜盖，将反应釜放入到200℃的电热鼓风干燥箱中，并保持4至10h，优选为4至8h，更优选为6h。

5)取出反应釜自然冷却到室温状态，倾倒掉上清液，用去离子水清洗掉表面沉淀物，得到长满竖直排列Ni₂Cl(OH)₃纳米片的泡沫镍。