[发明专利]碱性水电解槽超高性能阳极催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及碱性水电解槽超高性能阳极催化剂及其制备方法，该方案包括以下步骤：S00、配制过渡族金属盐混合液和处理泡沫镍，并以处理后的泡沫镍作为生长基底，将该生长基底和过渡族金属盐混合液置入反应釜内水热反应生成所需前驱体催化剂；S10、在电解液中对前驱体催化剂施加设定电压直至电流稳定完成电化学重构形成A‑NiOOH催化剂。本发明制备的催化剂具有超低过电位、超高电流密度且超稳定的优点，同时电催化水氧化性能远超目前已报道的纯Ni基催化剂。可直接用在商业碱性电解槽中，为进一步研究Ni基催化剂水氧化催化机理提供重要材料支持。

技术领域

本发明涉及碱性电解水催化领域，具体涉及碱性水电解槽超高性能阳极催化剂及其制备方法。

背景技术

电解水技术已成为大规模生产氢气的有效途径，限制水分解效率的主要瓶颈是发生在阳极上的析氧反应(OER)，高效的水氧化催化剂的开发是降低阳极OER电位，提高电解水制氢效率的关键。

商业贵金属催化剂尽管可以高效稳定催化，但不仅成本高昂而且无法大规模使用。目前开发的铁、钴、镍等为代表的过渡族氧化物在碱性水氧化催化表现优异，是替代贵金属催化剂降低制氢成本的有效途径，但多金属组分导致催化机理的不明确性对设计催化剂无法提供明确指导意义。

Ni被认为是过渡金属中最有潜力的OER催化金属元素，目前开发出围绕Ni基的各类掺杂非金属元素或则协同金属元素表现出优异的水氧化活性，在催化机理上趋于维持更多的Ni⁴⁺存在以获得更好的OER性能。另外，催化剂结构和形貌等因素，可以影响活性位点化学环境和活性位点暴露数量。尽管Ni的水氧化活性已被证明是大于Fe、Co、Mn等金属，但是仍没有开发出OER性能可以和商业催化剂相媲美的纯镍基催化剂。

因此，开发单金属镍基催化剂不仅可以简化合成步骤，还具有相对明确的催化剂机制，对解析Ni基催化剂催化机理，确定活性中心具有重要意义。亟待开发一种具有超低过电位、超高电流密度和超稳定的镍羟基氧化物（NiOOH）作为碱性水电解槽的阳极催化剂。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种碱性水电解槽超高性能阳极催化剂及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：碱性水电解槽超高性能阳极催化剂制备方法包括以下步骤：

S00、配制过渡族金属盐混合液和处理泡沫镍，并以处理过的泡沫镍作为生长基底，将该生长基底和过渡族金属盐混合液置入反应釜内水热反应生成所需前驱体催化剂；

S10、在电解液中对前驱体催化剂施加设定电压直至电流稳定完成电化学重构形成A-NiOOH催化剂，以该A-NiOOH催化剂作为所需制备的阳极；

其中过渡族金属盐混合液中应至少包括钼源和镍源，并将过渡族金属盐混合液的pH值控制在4-5之间；

其中前驱体催化剂为镍钼氧化物催化剂。

进一步地，前驱体催化剂中的Ni:Mo比例为1:2.5，但不限于此。

进一步地，步骤S00中，水热反应的具体步骤为：

S01、将过渡族金属盐混合液和生长基底置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中；

S02、将反应釜置于设定温度的烘箱中直至形成前驱体催化剂。

进一步地，步骤S00中，过渡族金属盐混合液应至少包括钼酸盐及仲钨酸盐中任意一种用于结构重组的阳离子析出，另外至少包括硝酸铁、硝酸镍、硝酸钴中任意一种用于形成金属羟基氧化物。

进一步地，步骤S10中，电解液为1.0 M KOH 溶液。

进一步地，步骤S10中，电化学重构为至少在设定电压下发生半小时电解。

进一步地，还包括步骤S20，具体步骤为：