[發(fā)明專利]三維析氧電極陽極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510296779.0
• 申請日: 2015-06-02
• 公開（公告）號: CN105047884B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁偉永;趙明;李長明
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11275
• 代理人: 趙榮之

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電池材料領(lǐng)域，具體涉及一種三維析氧電極陽極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫被譽(yù)為最有潛能的能源載體，具有清潔、高效、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，因而有望解決當(dāng)前化石燃料日益枯竭與生態(tài)環(huán)境惡化的危機(jī)。電解水制氫是一種可用于大規(guī)模制氫的極具潛力的方法，但是其效率嚴(yán)重地受制于動(dòng)力學(xué)非常緩慢的析氧反應(yīng)。盡管RuO₂、IrO₂和RhO₂等具有較好的析氧催化活性，但由于其價(jià)格昂貴，儲量稀缺，無法滿足大規(guī)模應(yīng)用的需求。另外，雖然近些年來基于非貴過渡金屬氧化物的析氧催化劑由于其來源豐富和高的理論催化活性而受到廣泛的關(guān)注，但是現(xiàn)階段大都通過電沉積、旋涂、浸涂、磁控濺射等方法將這些催化劑以薄膜的形式生長至二維基底上，因而它們的活性和穩(wěn)定性仍較低，難以滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。

泡沫鎳具有三維的多孔結(jié)構(gòu)、較高的比表面積、較好的導(dǎo)電性以及較低的成本，因此在很多電化學(xué)裝置中可以作為高效的載體和集流體，但是由于它在析氧反應(yīng)條件下穩(wěn)定性較差，不能直接用作析氧電極。因此，在泡沫鎳上生長非貴過渡金屬氧化物析氧催化劑，從而在增加電極穩(wěn)定性的同時(shí)，提高其析氧催化性能是一種可行的思路，而由于石墨烯具有較好的導(dǎo)電性和較大的比表面積因而在電化學(xué)能量儲存和轉(zhuǎn)換器件中具有十分巨大的應(yīng)用潛力，因此，將石墨烯包覆在泡沫鎳表面有望進(jìn)一步提高泡沫鎳支撐析氧電極的析氧催化性能。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種三維析氧電極陽極材料，該電極材料可直接用作電極，無需添加粘結(jié)劑等，并且所述材料制備的析氧電極具有更高的析氧催化性能；本發(fā)明還提供了上述三維析氧電極陽極材料的制備方法和應(yīng)用。

為達(dá)到本發(fā)明所述目的，采取的技術(shù)方案如下：

1、一種三維析氧電極陽極材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)將泡沫鎳進(jìn)行表面清洗；

(2)將Co(NO₃)₂·6H₂O、NH₄F和CO(NH₂)₂按照重量比為1～3:7:10的比例配制成前驅(qū)體溶液，將前驅(qū)體溶液置于反應(yīng)容器中并于120～180℃條件下反應(yīng)2～5h，獲得前驅(qū)體；

(3)將步驟(2)所得前驅(qū)體用水洗凈后于50～100℃條件下真空干燥10～15h，再在氬氣的保護(hù)下于300～600℃煅燒退火2h，升溫速度為1～5℃/min，獲得沉積Co₃O₄的泡沫鎳；

(4)將步驟(3)獲得的沉積Co₃O₄的泡沫鎳在多胺類聚合物溶液中浸泡0.5～2h，然后用水洗凈并在氧化石墨烯溶液中浸泡2～6h，洗凈后再在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～80％的水合肼溶液中浸泡0.5～2h，最后洗凈并在70℃下真空干燥12h，即可得三維析氧電極陽極材料；所述多胺類聚合物溶液濃度為0.1～10mg/mL，所述氧化石墨烯溶液濃度為0.1～1mg/mL。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中所述清洗過程為先用丙酮超聲清洗5～10min，然后用水洗凈，再用0.01～0.1mol/L的鹽酸溶液浸泡5～15min，最后用水洗凈。

優(yōu)選的，所述步驟(2)所述Co(NO₃)₂·6H₂O、NH₄F和CO(NH₂)₂按重量比為2：7：10的比例配制成前驅(qū)體溶液。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中反應(yīng)溫度為150℃，反應(yīng)時(shí)間為5h。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中反應(yīng)溫度為180℃，反應(yīng)時(shí)間為3h。

優(yōu)選的，所述步驟(3)為將步驟(2)獲得的前驅(qū)體用水洗凈后于70℃條件下真空干燥12h，再在氬氣的保護(hù)下于400℃煅燒退火2h，升溫速度為2℃/min，獲得沉積Co₃O₄的泡沫鎳。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中所述多胺類聚合物溶液為聚乙烯亞胺、聚烯丙基胺或聚丙烯酰胺溶液，溶液濃度為1mg/mL，氧化石墨烯溶液濃度為0.2mg/mL，水合肼溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為60～80％。

2、上述方法制備的三維析氧電極陽極材料。

3、三維析氧電極陽極材料作為析氧電極的應(yīng)用。