[發明專利]析氧催化劑及其制備方法和電解水陽極

在審

• 申請號: 201910080986.0
• 申請日: 2019-01-28
• 公開（公告）號: CN109701540A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: 鄧遠名;劉再冉;湯皎寧;王立
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: B01J23/755
• 分類號: B01J23/755;C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 方良

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種析氧催化劑及其制備方法和電解水陽極。該析氧催化劑的制備方法，包括如下步驟：提供泡沫鎳；將所述泡沫鎳置于亞鐵鹽溶液中進行混合處理，然后加入碳酸氫鹽溶液，在所述泡沫鎳表面進行原位共沉淀反應，得到析氧催化劑。該制備方法條件溫和，無需對泡沫鎳預處理，無需額外添加鎳離子原料，也無需水熱等苛刻生長條件，有效簡化了制備工藝，提高了生產效率，降低了制備成本；最終得到的析氧催化劑具有析氧過電位低、阻抗小、以及析氧活性穩定的特點。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種析氧催化劑及其制備方法和電解水陽極。

背景技術

電解水制氫(2H₂O→O₂+2H₂)，作為一種有效獲得清潔能源的方法，在科學界飽受關注。其中，析氧反應(2H₂O→4H⁺+O₂+4e^–)是一個O-H鍵斷裂，O-O鍵形成的4電子電化學反應過程，該過程化學動力學緩慢、效率低(表現為較高的過電位)，因此催化劑的引入，在該過程中起到了至關重要的作用(降低過電位，加快反應進程)。傳統的析氧催化劑，如金屬鉑、釕、銥及其氧化物，性能優異，然而該類催化劑大多屬于貴金屬，產量稀少，價格昂貴。為了降低成本，研究人員逐漸將注意力轉移到非貴金屬基析氧催化劑上。截止目前，非貴金屬基析氧催化劑的研究主要包括Fe基及Ni基固態催化劑，如：金屬、氧化物、羥基氧化物、磷化物、氮化物、硫化物、硒化物、硼酸鹽和硼化物。析氧催化劑常應用于鋰離子電池、鋅-氧空氣電池。這其中，電極的制備方式極大地影響催化劑的性能，于是制備析氧電極的方法便成為該研究領域的重點和熱點。

目前制備析氧電極的常見方法有：(1)先制備催化劑粉體，再將其涂覆于惰性電極片上。如現有報道，通過共沉淀法，將一定濃度的氫氧化鈉溶液滴加到含有鎳、鐵、釩的氯化鹽的水溶液中，直接得到鎳鐵釩超薄層狀雙氫氧化物納米片【CN108726582A】。還有報道將Na₂Fe(CN)₅NO·2H₂O溶液加入到Ni(NO₃)·6H₂O溶液中，攪拌均勻，靜置后離心分離、洗滌、真空干燥，得到NiFe(CN)₅NO納米顆粒，然后將NiFe(CN)₅NO納米顆粒超聲分散在無水乙醇中，加入硫源，超聲分散攪拌均勻后，轉移至反應釜后得到產物S-NiFe(CN)₅NO【CN108842165A】。(2)在碳布、泡沫鎳等基材上生長催化劑。如報道通過簡單的化學氧化還原反應過程，制備了負載在泡沫鎳上的三維Fe-NiSe/NF陽極析氧催化劑【CN107262118A】。有報道通過將鎳鹽、尿素溶于去離子水中，再加入氧化石墨烯后與泡沫鎳一起水熱的方法制備了鎳鐵氫氧化物/還原氧化石墨烯電化學析氧催化劑【CN108707923A】。或者，在泡沫鎳上電沉積聚苯胺，制得Ni@PANI復合材料【CN108080034A】。還有報道通過鎳無機鹽和鐵無機鹽前驅體、氟化銨、尿素混合后與泡沫鎳一起水熱的方法制備FeOOH/NiFe LDHs@Ni foam一體化電極【CN107620087A】。Feng Gao等人通過水熱法在上碳布上負載FeOOH@FeNi₃【Nanoscale,2018,10,10971】。Yang Tang等人通過電沉積的方法負載Ni/NiFe(OH)_x在泡沫鎳上【ChemElectroChem，2018,5,2577-2583】。

相對而言，方法(1)步驟繁瑣，且電極上的催化劑涂層通常需要輔以粘合劑，因此制備的電極存在高電阻和低穩定性的缺點。同時，粘合劑在循環過程中極易溶解到電解液中，最終導致析氧催化劑從電極上脫落。在方法(2)中，首先需要對商用泡沫鎳進行清洗處理，隨后通常需要水熱等苛刻條件，導致負載型催化劑無法廣泛應用于工業。

因此，現有技術有待改進。

發明內容