[发明专利]一种不锈钢基催化剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种不锈钢基催化剂及其制备方法与应用，属于电解技术领域。该不锈钢基催化剂由不锈钢在含NaCl的溶液中进行阳极氧化后而得。通过采用含NaCl的溶液对不锈钢进行阳极氧化，可增加不锈钢的催化活性，暴露更多的活性位点。相应的阳极氧化方法简单，易操作。将所得的不锈钢基催化剂用作全解水的有效双功能电催化剂，可在大电流密度下具有优异的活性和良好的耐久性，其在电池电压仅为2.83V和3.72V时可实现500mA/cm²和1000mA/cm²的高效碱性电解水，并且循环1000圈极化曲线之后，其性能不但没有衰减，反而有稍微增长的趋势，在工业化电解水制氢的中具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及电解技术领域，具体而言，涉及一种不锈钢基催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

环境污染和能源枯竭问题已经引起全世界人民的关注。氢气被认为是最高效、最清洁的能源之一。电解水为我们提供了一种生产高纯度氢的简单方法，在制氢领域得到了广泛关注。

然而，目前工业上用电解水的方法产生的氢气占比不到整个工业产氢的4％，这主要是因为缺少高效的电催化剂。合适的催化剂能够在减少能量的消耗同时加速水的分解，从而提高产氢效率。水的电解主要分为两个半反应：阴极的析氢反应(HER)和阳极的氧气析出反应(OER)。高效低耗能的HER和OER催化剂对于电催化分解水产氢至关重要。

商业上常用的电催化剂主要是基于Pt的HER催化剂和基于Ru或Ir的OER催化剂。虽然这类催化剂可以有效降低工作电压，然而由于其稀缺性和高成本，限制了它们的广泛使用。因此，迫切需要设计和开发高效的非贵金属水分解电催化剂。

目前，高效的非贵金属基HER(氧化物，磷化物，硫属元素化物)和OER(氧化物，氢氧化物，硫属元素化物，氮化物)催化剂取得不错的研究成果。然而，这类催化剂主要为粉末或者长在泡沫镍或者其它载体上。这类的催化剂和载体之间的接触增加了界面电阻，降低了催化剂的导电性，从而影响了催化活性。并且在长时间的催化测试过程中，活性物质溶液从基体上脱落，严重影响催化剂的寿命，这些缺点限制了目前开发的大多数催化剂在商业上的应用。

因此，开发低价、高效、长寿命的自支撑非贵金属催化剂对于大批量应用到商业电解水产氢工业中至关重要。

不锈钢基催化剂由于价格低廉，制备方法简单，得到了越来越多的关注。然而，关于不锈钢基催化剂经过不同条件的表面处理以后，往往只能提高其OER性能，这大大限制了不锈钢基催化剂的应用。开发同时具有高效的HER和OER性能的双功能不锈钢基催化剂，对于工业电解水产氢至关重要。

鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种不锈钢基催化剂，其能够同时具有高效的HER和OER性能。

本发明的目的之二在于提供一种上述不锈钢基催化剂的制备方法。

本发明的目的之三在于提供一种上述不锈钢基催化剂的应用，如用作水电解过程中析氢反应的催化剂和/或析氧反应的催化剂。

本申请可这样实现：

第一方面，本申请提供一种不锈钢基催化剂，该不锈钢基催化剂由不锈钢在含NaCl的溶液中进行阳极氧化后而得。

在可选的实施方式中，不锈钢呈块状。

在可选的实施方式中，按重量百分数计，不锈钢的化学成分组成为：10-15％的Ni、10-15％的Co、2-5％的Cr、1-3％的Mo以及0.1-0.5％的C，余量为Fe。

在可选的实施方式中，不锈钢基催化剂具有纳米多孔结构。

第二方面，本申请提供如前述实施方式任一项的不锈钢基催化剂的制备方法，包括以下步骤：将不锈钢在含NaCl的溶液中进行阳极氧化。