[發(fā)明專利]一種用于碳酸鹽電解的三維納米花狀Ni-Fe復(fù)合氫氧化物析氧陽極

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610315447.7
• 申請日: 2016-05-15
• 公開（公告）號: CN107385489B
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫艷芝;張林影;唐陽
• 申請（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號: C25D7/04
• 分類號: C25D7/04;C25D9/08;C25B11/06;C25B11/03;B82Y40/00
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本發(fā)明公開了一種用于碳酸鈉體系的Ni?Fe復(fù)合氫氧化物析氧陽極材料及其制備方法。該析氧陽極材料由超薄納米片組裝成的三維納米花狀結(jié)構(gòu)，這樣特殊的三維結(jié)構(gòu)不僅增加了電極表面的析氧催化活性位點，而且有利于析出的氧氣的逸出。將其應(yīng)用于碳酸鈉的電解中，降低了析氧電位，大大減少了能耗，具有很大的經(jīng)濟和實用價值。同時在硫酸鹽或氯化鹽體系中采用陰極還原電沉積的方法，陰極還原產(chǎn)生的氫氣作為一種模板有利于沉積出來的復(fù)合氫氧化物的導(dǎo)向性生長，得到三維納米花狀結(jié)構(gòu)，該制備方法簡單易行，條件溫和，適于工業(yè)化應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種析氧陽極，具體地說是一種適用于碳酸鹽電解體系的Ni-Fe復(fù)合氫氧化物析氧陽極。

背景技術(shù)

碳酸鹽的電解過程中在陽極產(chǎn)生RHCO₃（R⁺可以是Na⁺或K⁺）和氧氣，陰極產(chǎn)生ROH和氫氣，主要反應(yīng)式如下所示：

陽極: 2R₂CO₃ + H₂O - 2e^- → 2RHCO₃ + 2R⁺ + 1/2O₂₍₁₎

陰極: 2H₂O + 2R⁺ + 2e^- → 2ROH + H_{2 (2)}

總反應(yīng)式: 2R₂CO₃ + 3H₂O → 2RHCO₃ + 2ROH + 1/2O₂ + H_{2 (3)}

其中RHCO₃可以碳分制備氫氧化鋁或析出高濃度CO₂，ROH可用于鋁土礦的溶解或者捕獲低濃度CO₂；另外，電解產(chǎn)生的氧氣和氫氣作為綠色能源氣體在工業(yè)上也有重要的應(yīng)用，因此碳酸鹽的電解具有重要的意義。

然而，相比于傳統(tǒng)的強堿性電解液，碳酸鹽溶液的OH^-濃度要低3-6個數(shù)量級，導(dǎo)致碳酸鹽電解過程中釋放出的H⁺無法快速中和，使得溶液酸化嚴重，對電極的腐蝕性增大；同時，碳酸鹽溶液中的析氧動力學(xué)性能差，通常需要更高的析氧過電位，增加了電解能耗。因此，研究開發(fā)新型電極材料降低碳酸鹽體系中的析氧過電位，有效地降低電解能耗，控制電解成本，增加其商業(yè)可用性。

目前，在堿性溶液中常用的陽極析氧催化劑中，貴金屬氧化物RuO₂、IrO₂和RhO₂等催化劑雖然具有良好的催化活性，但是價格昂貴，不適用于大規(guī)模工業(yè)電解。在非貴金屬的尖晶石、鈣鈦礦及其復(fù)合氫氧化物催化劑中，由于Ni-Fe復(fù)合氫氧化物具有良好的析氧催化活性、低廉的成本、豐富的資源儲備，得到了研究者的極大關(guān)注。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種適用于碳酸鹽電解的具有高析氧催化活性的Ni-Fe復(fù)合氫氧化物析氧陽極，以降低電解析氧過電位，降低電解成本。采用快速電沉積法，在泡沫鎳導(dǎo)電基底直接生長Ni-Fe復(fù)合氫氧化物，避免了粘結(jié)劑的使用，降低了電極內(nèi)阻，提高了析氧電流密度，同時避免了依靠粘合力連接的催化劑易脫落問題，提高了穩(wěn)定性；以硫酸鹽或氯化鹽為電沉積液體系，在電沉積過程中，陰極的析出氫氣可以作為模板，有助于Ni-Fe復(fù)合氫氧化物的導(dǎo)向性生長，形成超薄納米片組裝的三維納米花狀的Ni-Fe復(fù)合氫氧化物；用相應(yīng)的銨鹽作為緩沖溶液保持pH值在相對恒定的范圍，以達到最佳的電沉積效果。該制備過程簡單、快速、適用于工業(yè)化應(yīng)用，且該法制備的三維納米花狀的Ni-Fe復(fù)合氫氧化物具有良好的析氧電催化活性和穩(wěn)定性等優(yōu)點。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下所述：