[发明专利]析氧催化剂及其制备方法和电解水阳极

说明书

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种析氧催化剂及其制备方法和电解水阳极。该析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：提供泡沫镍；将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理，然后加入碳酸氢盐溶液，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应，得到析氧催化剂。该制备方法条件温和，无需对泡沫镍预处理，无需额外添加镍离子原料，也无需水热等苛刻生长条件，有效简化了制备工艺，提高了生产效率，降低了制备成本；最终得到的析氧催化剂具有析氧过电位低、阻抗小、以及析氧活性稳定的特点。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种析氧催化剂及其制备方法和电解水阳极。

背景技术

电解水制氢(2H₂O→O₂+2H₂)，作为一种有效获得清洁能源的方法，在科学界饱受关注。其中，析氧反应(2H₂O→4H⁺+O₂+4e^–)是一个O-H键断裂，O-O键形成的4电子电化学反应过程，该过程化学动力学缓慢、效率低(表现为较高的过电位)，因此催化剂的引入，在该过程中起到了至关重要的作用(降低过电位，加快反应进程)。传统的析氧催化剂，如金属铂、钌、铱及其氧化物，性能优异，然而该类催化剂大多属于贵金属，产量稀少，价格昂贵。为了降低成本，研究人员逐渐将注意力转移到非贵金属基析氧催化剂上。截止目前，非贵金属基析氧催化剂的研究主要包括Fe基及Ni基固态催化剂，如：金属、氧化物、羟基氧化物、磷化物、氮化物、硫化物、硒化物、硼酸盐和硼化物。析氧催化剂常应用于锂离子电池、锌-氧空气电池。这其中，电极的制备方式极大地影响催化剂的性能，于是制备析氧电极的方法便成为该研究领域的重点和热点。

目前制备析氧电极的常见方法有：(1)先制备催化剂粉体，再将其涂覆于惰性电极片上。如现有报道，通过共沉淀法，将一定浓度的氢氧化钠溶液滴加到含有镍、铁、钒的氯化盐的水溶液中，直接得到镍铁钒超薄层状双氢氧化物纳米片【CN108726582A】。还有报道将Na₂Fe(CN)₅NO·2H₂O溶液加入到Ni(NO₃)·6H₂O溶液中，搅拌均匀，静置后离心分离、洗涤、真空干燥，得到NiFe(CN)₅NO纳米颗粒，然后将NiFe(CN)₅NO纳米颗粒超声分散在无水乙醇中，加入硫源，超声分散搅拌均匀后，转移至反应釜后得到产物S-NiFe(CN)₅NO【CN108842165A】。(2)在碳布、泡沫镍等基材上生长催化剂。如报道通过简单的化学氧化还原反应过程，制备了负载在泡沫镍上的三维Fe-NiSe/NF阳极析氧催化剂【CN107262118A】。有报道通过将镍盐、尿素溶于去离子水中，再加入氧化石墨烯后与泡沫镍一起水热的方法制备了镍铁氢氧化物/还原氧化石墨烯电化学析氧催化剂【CN108707923A】。或者，在泡沫镍上电沉积聚苯胺，制得Ni@PANI复合材料【CN108080034A】。还有报道通过镍无机盐和铁无机盐前驱体、氟化铵、尿素混合后与泡沫镍一起水热的方法制备FeOOH/NiFe LDHs@Ni foam一体化电极【CN107620087A】。Feng Gao等人通过水热法在上碳布上负载FeOOH@FeNi₃【Nanoscale,2018,10,10971】。Yang Tang等人通过电沉积的方法负载Ni/NiFe(OH)_x在泡沫镍上【ChemElectroChem，2018,5,2577-2583】。

相对而言，方法(1)步骤繁琐，且电极上的催化剂涂层通常需要辅以粘合剂，因此制备的电极存在高电阻和低稳定性的缺点。同时，粘合剂在循环过程中极易溶解到电解液中，最终导致析氧催化剂从电极上脱落。在方法(2)中，首先需要对商用泡沫镍进行清洗处理，随后通常需要水热等苛刻条件，导致负载型催化剂无法广泛应用于工业。

因此，现有技术有待改进。

发明内容