[发明专利]聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极及其制备方法和应用

说明书

本发明属于电极材料技术领域，具体来说是聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极及其制备方法和应用，本发明采用多电位交替沉积方法，将吡咯氧化成聚吡咯，将铑离子还原为铑，并共同沉积于ITO导电玻璃表面，制得聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极材料，该复合电极克服了铑具有的力学性能差和聚吡咯具有的活性位点少的技术缺陷，能够作为柔性催化电极材料并应用于电解水催化反应中。

技术领域

本发明属于电极材料技术领域，特别涉及聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极及其制备方法和应用。

背景技术

电化学产氢是很多可再生能源系统的关键，尤其水裂解产氢，而在水裂解中，理想的电极为柔性自支撑的催化材料，原因在于：自支撑的电极具有较大的表面积，也有利于在催化过程中及时排出催化产生的气泡，有利于反应的继续发生。

现有技术中常见的催化剂为纳米无机材料，这些催化剂虽然具有良好的催化性能，但是并不能够作为独立的柔性电极使用，这限制了催化剂在水裂解中的应用。

目前常用的电极主要为玻碳电极、碳布(CC)等，玻碳电极自身价格昂贵，且在使用过程中易受污染，并不适合用于水裂解中；碳布具有柔性的特点，但其本身价格昂贵，并且在使用前需要进行复杂的前处理步骤，在实际应用中也有一定的局限性，因此制备一种自支撑的、柔性的电极成为研究电催化剂的一个新方向；近些年来有文献报道，通过将聚合物与无机材料结合，并将其广泛应用于各种柔性器械，如电池、电检测、电容器中，这表明，聚合物自身良好的力学性能能够弥补无机纳米材料的缺点，从而得到具有良好催化性能的柔性自支撑电极。

导电聚合物，如聚3，4-乙撑二氧噻吩单体：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT-PSS)、聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)等，由于导电聚合物具有良好的力学性能和导电性能，被广泛应用于电化学领域，尤其是聚吡咯，其作为一种原料便宜、制备方法简单、导电性好、易成膜的高分子材料而受到了广泛的关注；聚吡咯一般采用化学氧化法或电沉积法两种方式合成，化学氧化法一般得到的是粉末状的PPy，而电沉积法则可得到柔性独立的PPy膜；然而PPy虽然具有良好的机械性能，但其本身并不具有丰富的电催化活性位点，当其被应用于电化学材料中时，尤其是电催化过程中时，难以克服析氢析氧时缓慢的动力学。

在电化学析氢过程中，Pt及Pt基材料则是目前已知的最好的产氢材料，然而Pt的稀缺限制了其进一步的发展；因此寻找一种可替代的催化材料显得尤为关键。近年来，对于Rh基材料的报道也表现出Rh具有优良的足以与Pt媲美的HER催化性能及稳定性，然而Rh作为无机材料，其差的力学性能进一步限制了其在电催化水裂解中的发展。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明提供了聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极及其制备方法和应用，本发明采用多电位交替沉积方法，将吡咯氧化成聚吡咯，将铑离子还原为铑，并共同沉积于ITO导电玻璃表面，制得聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极材料，该复合电极材料克服了铑具有的力学性能差和聚吡咯具有的活性位点少的技术缺陷，能够作为柔性催化电极材料并应用于电解水催化反应中。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)将ITO导电玻璃清洗处理后剪裁；

(2)聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极的制备：

S1、将一水合三氯化铑溶解于去离子水中制成0.01-0.05mol/L的溶液，然后加入硫酸和吡咯，制得混合溶液；

其中，一水合三氯化铑、硫酸及吡咯的物质的量之比为1∶1∶2-5；

S2、将Ag/AgCl电极作为参比电极，铂丝电极作为对电极，ITO导电玻璃做为工作电极，形成三电极体系，以步骤S1的混合溶液做为沉积液，于工作电极表面采用多电位交替沉积方法沉积吡咯和铑，制得聚吡咯/铑纳米颗粒复合柔性电极；