[發(fā)明專利]一種硒化物薄膜修飾泡沫鎳電極的制備方法及其應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510929610.4
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN106868563B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 黃明華;徐秀娟;陳宗坤;王昕
• 申請（專利權(quán)）人: 中國海洋大學(xué)
• 主分類號: C25D9/08
• 分類號: C25D9/08
• 代理公司: 青島合創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 37264
• 代理人: 傅培

本發(fā)明涉及一種硒化物薄膜泡沫鎳電極的制備方法。該方法包括以下步驟：將泡沫鎳電極用鹽酸和乙醇進(jìn)行表面化處理，除去表面的氧化鎳層，得到干凈新鮮的金屬表面；預(yù)處理后，將該泡沫鎳電極浸入到過渡金屬氯化物、硫族氧化物及支持電解質(zhì)的混合溶液中，在泡沫鎳電極表面用電化學(xué)方法沉積硒化物薄膜。通過電化學(xué)沉積方法所得到的硒化物薄膜穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)水分解的氧催化析出；而且泡沫鎳電極具有多層結(jié)構(gòu)，這種特殊的三維多孔結(jié)構(gòu)，與其他一維或二維的基底電極相比，具有更豐富的表面積，而且價(jià)格便宜，有利于工業(yè)大規(guī)模應(yīng)用；該薄膜催化劑有望用于電解水制氫研究領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，具體涉及硒化物薄膜的制備方法，尤其涉及一種用于催化水分解氧析出的硒化物薄膜修飾泡沫鎳電極的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對煤炭、石油和天然氣等自然資源的消耗日益劇增，氫燃料作為一種清潔、安全和高效的可持續(xù)性新能源，越來越多地受到人們關(guān)注。氫燃料的最大來源是水，從中提取出的氫能是地球化石燃料熱量的9000倍。由于電解水制氫可以將可再生能源如太陽能、風(fēng)能和潮汐能等以氫為媒介進(jìn)行存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)化；因此，電解水制氫已經(jīng)逐漸開始取代傳統(tǒng)蒸汽重整制氫的方法，這一方面消除了對天然氣的依賴，另一方面又增加了氫氣的純度，可以降低成本。電解水制氫包括兩個(gè)重要的基本反應(yīng)，即陰極水的還原氫析出和陽極水的氧化氧析出。其中陽極氧析出反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)比較緩慢，需要提供高于理論水分解電壓的過電壓來加速兩極反應(yīng)，導(dǎo)致嚴(yán)重的電能損失，降低了能量轉(zhuǎn)化效率，從而嚴(yán)重制約了電解水制氫的發(fā)展。一些貴金屬和貴金屬氧化物如Pt、RuO₂和IrO₂等能夠有效催化水分解氧析出反應(yīng)，降低反應(yīng)過電壓，提高反應(yīng)速率，但是其價(jià)格昂貴而且儲(chǔ)量有限，成為制約電解水規(guī)模化工業(yè)應(yīng)用的制約因素之一。因此理性的設(shè)計(jì)新型高性能、低成本的陽極氧析出催化材料成為了電解水制氫領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，對于發(fā)展及促進(jìn)電解水的工業(yè)化應(yīng)用具有重要意義。

近年來，過渡金屬硫族化合物因其豐富的電子結(jié)構(gòu)，在光電催化領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。最近，研究人員發(fā)現(xiàn)，一些基于過渡金屬硫族化合物的非貴金屬材料有望為工業(yè)化電解水提供高效、穩(wěn)定而廉價(jià)的水氧化反應(yīng)電催化劑。俞書宏教授課題組利用CoSe₂內(nèi)在的催化氧析出性質(zhì)以及耦合復(fù)合材料間的協(xié)同增強(qiáng)效應(yīng)，通過化學(xué)嫁接手段，設(shè)計(jì)了一系列高效穩(wěn)定的CoSe₂基復(fù)合材料催化劑如Mn₃O₄/CoSe₂、CeO₂/CoSe₂和MnS₂/CoSe₂等(1.Gao,M.R；Xu,Y.F；Jiang,J et al.,J.Am.Chem.Soc.,2012,134,2930；2.Zheng,Y.R；Gao,M.R；Gao,Q et al.,Small,2015,11,182；3.Gao,M.R；Liang,J.X；Zheng,Y.R et al.,NatureCommun.,2015,6,69)。謝毅教授課題組通過化學(xué)剝離手段設(shè)計(jì)了CoSe₂納米帶催化劑(Liu，Y.W.；Cheng，H；Lyu，M.J.；FanS.J et al.,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,15670)，該催化劑展現(xiàn)出高效穩(wěn)定的催化氧析出性能。然而，上述催化劑的制備存在以下問題：(1)需要使用有機(jī)溶劑，而且過程較繁瑣，耗時(shí)長，成本高，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)；(2)上述催化劑均為粉末態(tài)物質(zhì)，在實(shí)現(xiàn)其催化水分解性能時(shí)，需要借助聚合物粘合劑如Nafion固定到導(dǎo)電基底上，由于非導(dǎo)電物質(zhì)Nafion的額外加入而導(dǎo)致其催化陽極氧析出活性的降低。因此，如何采用一種簡便溫和的方法制備出無粘合劑、且具有高導(dǎo)電性的薄膜催化劑成為電解水工業(yè)化應(yīng)用亟待解決的關(guān)鍵問題之一。