[发明专利]硒化钴/钛网分解水制氧电极及其制备方法

说明书

本发明提供一种硒化钴/钛网电极，其用作分解水制氧电极，包括钛网和生长在网丝上的硒化钴纳米片。本发明的电极利用具有预定钴/硒摩尔比的钴盐和硒粉通过水热法在钛网上原位生长硒化钴纳米片而制备。本发明电极催化活性高且稳定，而且制备方法具有工艺操作简单，绿色安全且成本低的特点，可实现规模连续化生产。

技术领域

本发明属于过渡金属电催化水分解领域，具体涉及一种硒化钴/钛网分解水制氧电极及其制备方法。

背景技术

近数十年，煤，石油等不可再生化石能源的日渐枯竭和上述能源在使用过程中带来的环境污染问题严重影响了人们的生存与发展，探寻和发展可以替代化石能源的环保可再生的能源成为国内外新能源利用研究，尤其是太阳能转化储存研究的热门。作为一种取之不尽用之不竭的能量体系，太阳能的转化和利用是近几十年科学研究的重点方向。太阳能作为一种绿色能源，可以通过光伏发电，钙钛矿太阳能电池等技术将其转化成电能。然而，相比其他的能量形式，电能的存贮具有很大的挑战。而通过电分解水，将水分解成氢气和氧气，将电能转化成化学物质储存起来是解决上述问题的一个新路径。电解水需要使用催化剂来降低水分解过程需要的能量，同时这些技术要求催化剂本身具有很好的稳定性和高的活性。与能源相关的其他存储技术，如锂空电池，锌空电池、电化学(超级)电容器、燃料电池等，也离不开相关电极材料的开发。宏量制备价格低廉且具有有效的电催化电极、光催化电极和电化学器件中的电极材料一直是上述诸多领域的重要研究热点和难点。

电化学分解水产生碳中性能量载体氢气和氧气是一种绿色的，可持续的能量转换储存过程。目前，电解水过程使用的电极材料是稀有的贵金属(铂)和贵金属氧化物(氧化铱和氧化钌)材料。由于这些贵金属在地壳中含量极低，因此其昂贵的价格严重的阻碍了其规模化生产应用。加上阳极氧化反应(析氧)相比阴极还原反应(析氢)需要更高的过电势，因此寻找性能稳定的制氧电极来匹配制氢电极达到高效率电解水显得尤为关键。

过度金属硫族化合物具有良好的化学物理稳定性，良好的催化性能和低的价格引起了科学家的关注。硒化钴作为一种重要的具有半金属特性的硫族过渡金属化合物具有相比其他硒化物更好的导电性，因此具有更好的电化学催化性能。同时，合适支撑材料的选择是制备高性能电极材料的关键一步。目前，将活性物质通过高分子导电胶粘贴在玻碳电极上会引起催化材料性能的极大降低。将催化活性材料直接生长在碳布，碳纸，镍网上，可以很大程度提高催化性能。但是上述支撑材料耐酸碱能力差，电极材料容易损坏。同时，上述材料很难工业化应用，因为支撑材料很难重复利用。

如何在保证过渡金属硒化物具有良好活性和结构稳定性的前提下，发挥支撑材料最大的优势无疑是对研究者们的一大挑战。

发明内容

针对现有技术的不足，发明人研究发现，比较合理的解决方案是选择导电性能良好且可循环使用的钛网作为支撑材料；同时引入具有半金属特性的硒化钴作为活性材料，改变支撑材料和活性材料之间的接触方式，构建具有欧姆接触界面的硒化钴/钛网分解水制氧复合电极。硒化钴/钛网界面的欧姆接触会明显降低电解过程的界面阻抗，有利于硒化钴/钛网电极在电化学分解水催化领域和其他光电转换，能量存储领域的应用。

本发明的目的是提供一种硒化钴/钛网分解水制氧电极、其制备方法及应用。

本发明的第一方面是一种硒化钴/钛网电极，其用作分解水制氧电极，包括钛网和生长在网丝上的硒化钴纳米片。

根据本发明的优选的硒化钴/钛网电极，其中所述硒化钴为Co_0.85Se、CoSe、CoSe₂、Co₇Se₈、Co₉Se₈或其结合。

根据本发明另一优选的硒化钴/钛网电极，其中硒化钴在钛网上的生长量为0.04-0.14mg/cm2钛网，所述硒化钴纳米片的厚度为10nm-40nm，且所述硒化钴纳米片在网丝上形成纳米片阵列。