[发明专利]一种析氧反应FeOOH/Co(OH)2复合电催化剂的制备方法

说明书

本发明为一种析氧反应FeOOH/Co(OH)₂复合电催化剂的制备方法。该方法采用硝酸钴及硝酸铁为原料制成沉积电解液，利用恒压电位分层沉积，沉积原理为硝酸根阴极还原为氢氧根离子，在基底表面与过渡金属离子形成氢氧化物沉淀，并在硝酸盐电解液中加入L‑丙氨酸，其两性离子端基和过渡金属盐溶液中阴阳离子间的静电作用可以有效在电沉积过程中在基底碳纤维上形成纳米颗粒生长。本发明制备的FeOOH/Co(OH)₂复合催化剂具有较高的电催化性能及电化学稳定性，可以作为析氧反应电催化材料用于金属空气电池和清洁能源的开发等领域。

技术领域

本发明属于新型功能材料技术领域，更加具体地说，是一种利用分步电化学沉积技术在碳纤维纸上原位分层生长FeOOH复合Co(OH)₂作为析氧反应电催化剂的制备和应用。

背景技术

目前的析氧反应电催化材料都是以贵金属氧化物如二氧化铱(IrO₂)或二氧化钌(RuO₂)为主，虽然它们具有较高的催化性能，但是价格昂贵、资源稀少、合成成本较高，且在催化过程中的稳定性较差，容易在酸性或碱性反应条件下溶解。因此，非贵金属的氧化物，特别是过渡金属氧化物作为析氧反应电催化剂的开发和应用引起了科研工作者的广泛关注和研究。Co(OH)₂(氢氧化钴)是一种非常有应用潜力的电催化材料，具有制备温度较低(常温)、不需要烧结、节能环保、催化性能良好、结构稳定等众多优点，在作为电极材料、超级电容、双功能氧催化剂等领域具有广阔的应用前景。目前一般采用化学沉淀法及水热法合成Co(OH)₂，但是这些方法得到的Co(OH)₂尺寸较大，较大的颗粒尺度对其作为析氧反应电催化剂的应用有较大限制。人们为了增加Co(OH)₂的分散性，一般利用水热原位生长将其负载在导电性良好的碳基材料如碳纤维纸或碳纤维布上，虽然该方法确实能够增加Co(OH)₂的分散性和提高其催化性能，但是一般工艺步骤繁琐且时间较长，如需要通过水热合成，并且碳基基底材料在水热过程中容易被腐蚀从而影响催化剂的稳定性。此外，单相的Co(OH)₂电催化析氧反应活性较差，因此，如何通过简便易行的方法来进一步提高Co(OH)₂的催化性能，具有非常重要的研究意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对纯相Co(OH)₂的析氧反应电催化性能较差，传统制备方法分散性差等问题，提供了一种简便可行制备羟基氧化铁/氢氧化钴复合析氧反应电催化剂的制备方法，大大提高了其催化性能。该方法采用硝酸钴及硝酸铁为原料制成沉积电解液，利用恒压电位分层沉积，沉积原理为硝酸根阴极还原为氢氧根离子，在基底表面与过渡金属离子形成氢氧化物沉淀，并在硝酸盐电解液中加入L-丙氨酸，其两性离子端基和过渡金属盐溶液中阴阳离子间的静电作用可以有效在电沉积过程中在基底碳纤维上形成纳米颗粒生长。利用这种方法在碳纤维纸(CP)上分层沉积制备的FeOOH/Co(OH)₂复合催化剂具有较高的电催化性能及电化学稳定性，可以作为析氧反应电催化材料用于金属空气电池和清洁能源的开发等领域。

本发明的技术方案为：

一种析氧反应FeOOH/Co(OH)₂复合电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：配置浓度为0.1-0.2mol/L的硝酸钴溶液；

步骤2：将碳纤维纸在1mol/L氢氧化钾溶液中浸泡，水浴60℃加热2-3h，然后分别在无水乙醇和去离子水中各超声30-40min，取出后烘干；

步骤3：将步骤2中得到的碳纤维纸作为工作电极，镀铂钛网作为对电极，饱和甘汞电极作为参比电极，步骤1中得到的硝酸钴溶液作为第一电解液，进行循环恒电压沉积，每个循环沉积为两步沉积，第一步沉积电压为-1.1V，沉积时间为100s,第二步沉积电压为-0.5V，沉积时间为30s；循环沉积的圈数为1-5圈；