[发明专利]一种亚铁环境下质子腐蚀辅助的电解水阳极制备方法

说明书

本发明涉及一种亚铁环境下质子腐蚀辅助的电解水阳极制备方法：首先将金属镍基底在丙酮中进行超声除油清洗，然后在盐酸溶液中进行超声表面氧化层腐蚀处理，将处理得到的金属镍基底置于含有柠檬酸钠的酸性亚铁溶液中进行热处理。本发明的电解水阳极的制备工艺简单，不需要使用大型设备，可直接通过化学反应将金属镍基底转变为电解水阳极，进行电解催化反应；将高活性的镍铁组合氧化态物质引入到电极表面，提高了电解水的本征催化活性；该制备过程原料用量极低，成本低廉，污染小，适合工业化生产。

技术领域

本发明属于电解水阳极制备技术领域，尤其涉及一种亚铁环境下质子腐蚀辅助的电解水阳极制备方法。

背景技术

未来能源格局中，由于其高效、清洁，氢能将扮演重要角色，尤其“可再生能源到电能，再从电能到氢能”这种“物理到电，电到化学”的能量使用模式将备受关注。而氢作为一种能量载体或原料，将为下游用氢领域提供最清洁的来源。从电能到氢能的转变最普遍的方式就是电解水制氢。目前电解水制氢的性能制约点主要是：1)阴极过电位过高；2)阳极过电位过高；3)隔膜电压降过高。由于阳极反应动力学较为迟缓，本征平衡电位较高，往往成为电解水的限制步骤。

传统阳极大多采用纯金属镍基材料，性能较差，无法满足设备高产气量条件下低能耗的需求。目前科研界公认的良好阳极材料主要有贵金属系列，包括二氧化钌、二氧化铱；以及过渡金属系列，包括镍铁组合氧化物、氢氧化物、氮化物、磷化物。然而工业上还未将这些阳极材料应用到实际电解水设备中，主要原因是：1)贵金属系列价格昂贵；2)反应过程中催化剂在高温高压工作条件下很难固定在电极基底表面。因此，围绕价格较低的过渡金属电催化剂，开发一种工艺简单、成本低廉、性能稳定的电极制备方法具有重要的意义。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种亚铁环境下质子腐蚀辅助的电解水阳极制备方法，该制备方法成本低廉，污染小。

本发明提供了一种亚铁环境下质子腐蚀辅助的电解水阳极制备方法，包括如下步骤：

S1.清洁处理：对金属镍基底进行清洁处理，以除去所述金属镍基底的表面油脂层和表面氧化层，得到洁净的金属镍基底；

S2.质子腐蚀处理：将所述洁净的金属镍基底置于含有柠檬酸钠的酸性亚铁混合溶液中，在50～150℃条件下热处理2～20h，冷却至室温后，取出用蒸馏水冲洗干净，干燥后得到表面为镍铁组合氧化态物质的电解水阳极。

优选的，步骤S1中所述清洁处理具体为：将金属镍基底置于丙酮溶液中超声清洗10～30min，再用乙醇反复清洗，以除去所述金属镍基底的表面油脂层；然后将除去表面油脂层的金属镍基底置于浓度为1～6 mol/L的盐酸溶液中超声清洗5～25min，并静置10～30min，再用蒸馏水反复清洗，除去所述金属镍基底表面氧化层，干燥后得到洁净的金属镍基底。

优选的，所述金属镍基底选自镍网、泡沫镍和镍片中的一种。

优选的，所述酸性亚铁溶液的溶剂选自盐酸、硫酸、甲酸、乙酸和草酸中的一种或几种。

优选的，所述酸性亚铁溶液的溶质选自氯化亚铁、硫酸亚铁、乙酸亚铁和硫酸亚铁铵中的一种或几种。

优选的，所述含有柠檬酸钠的酸性亚铁混合溶液中：氢离子浓度为0.01～2mol/L，亚铁离子浓度为 0.02～1mmol/L，柠檬酸钠浓度为0.001～0.05mmol/L。

优选的，所述镍铁组合氧化态物质包含氧化镍和氢氧化镍中的一种或两种，同时还包含三氧化二铁、氧化亚铁、氢氧化铁、铁掺杂氧化镍和铁掺杂氢氧化镍中的一种或几种。

与现有技术相比，本发明将金属镍基底在亚铁环境下进行质子腐蚀处理，直接将金属镍基底转变为电解水阳极，并将高活性镍铁组合氧化态物质引入到电极表面，与基底结合紧密，提高了电解水的本征催化活性和催化耐久性，本发明制备过程简单，原料用量极低，成本低廉，污染小，易于放大生产。