[發(fā)明專利]具備電催化氧析出性能的鐵磷化合物修飾電極及制備方法

有效

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• 申請日: 2016-09-08
• 公開（公告）號: CN107805826B
• 公開（公告）日: 2019-07-02
• 發(fā)明（設計）人: 黃明華;杜濮宇;徐秀娟
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 青島合創(chuàng)知識產權代理事務所(普通合伙) 37264
• 代理人: 傅培

本發(fā)明涉及一種具備電催化氧析出性能的鐵磷化合物修飾電極及其制備方法。所述制備方法包括以下步驟：①準備：稱取適量預處理過的電極材料和次磷酸鈉，并將二者按照一定的質量比放置在高溫反應裝置的兩端；②磷化：在氮氣氛圍和一定的溫度條件下保溫一段時間；洗滌烘干后得到具備電催化氧析出性能的鐵磷化合物修飾電極。本發(fā)明通過一步直接低溫磷化方法制備出鐵磷化合物修飾電極，制備簡單，所需原料便宜易得，易于實現(xiàn)工業(yè)化的應用。此外，與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明制備的鐵磷化合物修飾電極在10M KOH下，具有相同的穩(wěn)定性，同時兼具更高的電催化活性，將極大的推進工業(yè)化生產。

技術領域

本發(fā)明屬于電化學催化技術領域，涉及一種鐵磷化合物修飾電極及其制備方法。所述鐵磷化合物修飾電極具有優(yōu)異的電催化氧析出(OER)性能，可以應用于電解水制氫領域。

背景技術

隨著全球經濟的發(fā)展，傳統(tǒng)化石能源的消耗引起了能源短缺和環(huán)境污染等諸多問題，因此，可再生清潔能源必將成為能源供應的主流。作為清潔和高效新能源之一的氫能，已成為當下研究與開發(fā)的熱點。目前發(fā)展的各種制氫方法包括傳統(tǒng)蒸汽重整、光解水和電解水等；其中，電解水制氫方法具有設備投資少、操作條件溫和以及簡便等優(yōu)點，同時，其所需要的電能又可以從可持續(xù)性能源如風能、太陽能和潮汐能中獲得；因此，電解水制氫作為一種綠色清潔能源的途徑，具有廣闊的應用前景。但是，涉及到多步電子反應的陽極氧析出動力學過程緩慢，嚴重制約著陰極氫氣的產生，因此，該反應是限制電解水制氫發(fā)展的主要因素。貴金屬氧化物RuO₂和IrO₂能夠有效促進電催化氧析出反應，降低電解水反應的陽極過電勢，提高能量轉化效率；但其稀少的儲量和昂貴的成本限制了規(guī)模化的電解水工業(yè)應用。所以，設計高效穩(wěn)定而且價格低廉的電催化氧析出材料是進一步發(fā)展電解水制氫工業(yè)的關鍵。

近年來，研究人員發(fā)現(xiàn)成本低廉且儲量豐富的過渡金屬磷化物如鐵磷化合物具有內在的電催化氧析出活性，例如Wang等人在負載有氧化鋅納米線的碳布上，通過常溫水解的方法，預先生成氫氧化鐵納米管；然后采用低溫磷化方法制備出磷化鐵修飾碳布電極，該修飾電極展現(xiàn)了良好的電催化氧析出性能(Yan,Y.；Xia,B.Y.；Ge,X.M.；Liu,Z.L.；Fisher,A.；Wang,X.Chem.Eur.J.2015,21,18062.)。而Liu等人采用水熱法制備出FeO(OH)前驅體，并將其涂覆在碳纖維紙電極上；然后通過低溫磷化方式制備了磷化鐵修飾碳纖維紙電極，該電極展現(xiàn)出高效穩(wěn)定的催化氧析出性能(Xiong,D.H.；Wang,X.G.；Li,W.；Liu,L.F.Chem.Commun.,2016,52,8711.)。Sun等人在碳布基底上利用水熱合成Fe₂O₃前驅體，再用低溫磷化的方式制備磷化鐵納米棒(Liang,Y.H.；Liu,Q.；Asiri,A.M.；Sun X.P.；Luo,Y.L.,ACS Catal.,2014,4,4065.)。Li等人在鈦片基底上利用水熱合成α-FeO(OH)前驅體，同樣采用低溫磷化的方式制備磷化鐵納米棒(Liu,R.W.；Gu,S.；Du,H.F.；Li,C.M.,J.Mater.Chem.A,2014,2,17263.)。

然而，上述研究制備的催化劑修飾電極存在以下問題：1)制備過程中采用了高溫高壓下的水熱合成方法，需要耐高溫高壓與化學腐蝕的反應釜，條件較為苛刻，成本較高；2)需要預先制備出氧化物或氫氧化物前驅體，再采用低溫磷化方式制備磷化鐵修飾電極，步驟繁瑣，成本高，不利于實現(xiàn)工業(yè)化生產；3)所制備的磷化鐵與基底電極之間存在一個內界面，一定程度上抑制了制氫過程中磷化鐵和電極之間的電子傳輸，增加了氧析出反應的過電勢而降低其反應活性，同時析氧過程產生的大量氣泡會導致催化劑脫落，從而降低了催化劑的穩(wěn)定性。