[发明专利]合成用作析氧反应催化剂的电极的方法

说明书

本发明涉及合成掺铁氧化泡沫镍电极的方法，该方法包括使泡沫镍电极在含铁的碱性溶液中经受重复循环伏安扫描的步骤。本发明还涉及一种氧化泡沫镍电极，所述氧化泡沫镍掺入铁，以及这种电极作为析氧反应的催化剂的用途。此外，本发明涉及一种包括这种电极的诸如电解槽的水分解装置。

技术领域

本发明涉及用于析氧反应的新型催化剂、获得该新型催化剂的方法及该新型催化剂的应用。

背景技术

水分解反应提供了一种方便的机制，通过该机制，间歇性可再生能源以化学燃料即氢和氧的形式存储。水分解中的瓶颈反应是析氧反应(OER，2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-)。已经研究了将许多过渡金属氧化物作为OER催化剂。虽然在酸性溶液中只有珍贵的氧化铱(IrO_x)、氧化钌(RuO_x)及其复合物具有持久的OER活性，但在碱性溶液中，据报告许多非贵金属氧化物都具有比IrO_x更高的活性。泡沫镍(NF)广泛地用作碱性条件下OER催化剂的三维支撑体。

发明内容

泡沫镍的OER活性适度。本发明的目的在于提供用于OER的新型有效的催化剂，并提出活化泡沫镍以从易于获得的材料开始实现优异的催化活性的过程，此活化过程简单且成本低。

根据第一实施例，本发明提供了一种合成掺铁泡沫氧化镍电极的方法，该方法包括使泡沫镍电极在含铁的碱性溶液中经受重复循环伏安扫描的步骤。

有利地，相对于处于包括在8mV.s^-1和12mV.s^-1之间的例如约10mV.s^-1的扫描速率的可逆氢电极(RHE)，从包括在1.15和1.25V之间的例如约1.209V的第一值“a”开始到包括在1.49和1.59V之间的例如约1.539V的第二值“b”执行重复循环伏安扫描。

有利地，用于重复循环伏安扫描的碱性溶液包括至少0.08mg.L^-1的铁，例如0.095mg.L^-1或0.18mg.L^-1。优选地，所述铁为Fe(II)、Fe(III)或Fe(IV)的形式，更优选地为Fe(III)的形式。

优选地，所述碱性溶液为KOH溶液或NaOH溶液。两者都优选地以0.5M至10M的浓度使用，例如以约1M、4.2M或8M的浓度使用。

有利地，实施至少30次重复循环伏安扫描，优选地实施至少50次，更优选地实施90至110次，例如实施100次。

重复循环伏安扫描使泡沫镍表面氧化，并且使铁掺入泡沫镍中，使得电极表面形成Fe掺杂的氧化镍(NiO_x-Fe)层。根据氧化的程度，NiO_x可以是NiO、Ni(OH)₂或NiOOH。

另人惊讶地，这种使铁掺入电极的泡沫镍中引起了比未掺入铁的泡沫镍电极更高的OER活性。

在下面的描述中，将通过根据本发明的第一实施例的合成方法所获得的这种电极称为“NF NiO_x-Fe”电极。

根据本发明的第二实施例的合成掺铁氧化泡沫镍电极的方法与根据本发明的第一实施例的方法的不同之处在于其包括以下附加步骤：在如第一实施例中所限定的使所述泡沫镍电极在含铁的碱性溶液中经受重复循环伏安扫描的步骤之前，将所述泡沫镍电极浸入铁浸渍溶液中，优选地浸入至少10分钟，优选地浸入10分钟至60分钟，通常浸入30分钟。

有利地，所述铁浸渍溶液包括Fe(II)，优选地FeCl₂，和/或Fe(III)，优选地FeCl₃，浓度在0.005M和0.2M之间，优选地在0.01M和0.1M之间。