[发明专利]一种镍铁基纳米片/泡沫镍析氧反应电极材料的制备方法

说明书

本发明提供了一种镍铁基纳米片/泡沫镍析氧反应电极材料的制备方法，解决现有析氧反应镍铁基电极材料制备过程繁琐且镍铁基催化剂在大的电流密度下，其粘结力较低，活性组分容易随气泡发生脱落，使得性能快速衰减的问题。该制备方法以泡沫镍为基体，利用三价铁离子对镍的刻蚀以及植酸对镍铁离子的配位，再通过原位腐蚀和电化学重构得到镍铁基纳米片/泡沫镍析氧反应电极材料。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种镍铁基纳米片/泡沫镍析氧反应电极材料的制备方法。

背景技术

随着氢氧燃料电池技术的快速发展，氢气的大规模制取备受关注。碱性电解水制氢被认为是一种绿色可持续制取氢气的方式。碱性电解水制氢分为两个半反应，分别为阴极的析氢和阳极的析氧反应。其中，阳极的析氧反应是四电子过程，需要更高的反应能垒，过电位较高，将会浪费大量的电能，需要高效的催化剂降低其成本。性能较好的析氧催化剂为贵金属铱或钌的氧化物，但是昂贵的价格限制了其大规模应用。目前工业上使用的析氧反应催化剂为不锈钢，其成本较低，但是过电位和铱或钌的氧化物仍然有较大差距。因此，寻求和开发低廉高活性的析氧反应催化材料已成为目前研究热点。

近年来，研究表明镍铁基材料在碱性条件下具有优异的析氧反应催化活性，可以有效的降低过电位。目前，一些镍铁基电极材料在小的电流密度(如10mA cm^-2)下表现出比贵金属材料更为优异的催化性能。但是能够在大的电流密度(500mA cm^-2)下高效工作的析氧反应电极材料鲜有报道。一般情况下，将粉末电催化剂和底物结合，nafion等高分子粘结剂是必不可少的。然而，聚合物粘结剂会增加串联电阻，堵塞活性位点，抑制扩散，导致催化活性减弱。如果电催化剂直接生长在导电基底上形成自支撑电极，则无需使用聚合物粘合剂，以避免上述缺点。但是目前普遍采用的水热法或者电沉积法得到的镍铁基自支撑电极材料，表面活性组分和基底材料粘结力较弱，在小的电流密度下性能较好，但是在大的电流密度下，活性组分容易随气泡发生脱落，导致性能快速衰减。此外，这些镍铁基材料的制备过程繁琐，不利于规模化制备。例如，镍铁基氮化物、磷化物、硫化物和硒化物等材料需要先制备前驱体，然后在相应气氛下高温煅烧获得。

因此，开发合成方法简单，结合力强结构稳定可以在大电流密度下稳定工作的高活性镍铁基电极材料，对析氧反应电极材料研究有重要意义。

发明内容

本发明目的在于解决现有析氧反应镍铁基电极材料制备过程繁琐且镍铁基催化剂在大的电流密度下，其粘结力较低，活性组分容易随气泡发生脱落，使得性能快速衰减的问题，而提供一种镍铁基纳米片/泡沫镍析氧反应电极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术解决方案是：

一种镍铁基纳米片/泡沫镍析氧反应电极材料的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

1)利用碱性溶液将物质的量浓度为5-45mmol/L的植酸溶液的pH调节至3-8，得到溶液A；

2)将泡沫镍浸没于步骤1)得到的溶液A中浸泡0.05-2h，在泡沫镍表面吸附植酸分子；

3)将步骤2)浸泡过的泡沫镍转移至物质的量浓度为5-45mmol/L的三价铁溶液中浸没浸泡0.05-2h，在泡沫镍表面形成植酸铁金属配合物；该步骤主要是为了与步骤2)上吸附的植酸分子进行配位，同时三价铁对泡沫镍也有刻蚀作用；

4)依次重复步骤2)-步骤3)2-10次，以增加泡沫镍表面植酸铁金属配合物的厚度，然后洗涤、干燥后得到改性后的泡沫镍；

5)将步骤4)得到的改性后的泡沫镍通过原位电化学活化，获得镍铁基纳米片/泡沫镍析氧反应电极材料。

进一步地，步骤1)中，所述碱性溶液选用氢氧化钾、氢氧化钠和三羟甲基氨基甲烷缓冲溶液中的一种或多种。

进一步地，步骤3)中，所述三价铁选用硝酸铁、氯化铁和硫酸铁中的一种或多种。