[發明專利]一種非貴金屬電解水陽極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110941896.3
• 申請日: 2021-08-17
• 公開（公告）號: CN113684496B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 劉長影;李想
• 申請（專利權）人: 杭州興態環保科技有限公司
• 主分類號: C25B11/052
• 分類號: C25B11/052;C25B11/091;C25B1/04;C25D9/04
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 龔如朝

1.一種非貴金屬電解水陽極材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

1）錳氧化物電極的制備：

配制含有錳鹽、電解質和pH緩沖輔劑的電解液，將電解液放置在暗處室溫老化0.5-10天后加入至電解槽中，以導電基體作為陽極，飽和甘汞電極為參比電極，石墨電極、鉑電極或碳電極作為陰極組成電極系統，采用動態沉積的方式進行電解反應，在導電基體表面電沉積生成錳氧化物，制得錳氧化物電極；

步驟1）中動電位沉積的電位為0~0.8V vs SCE，循環次數5-20次；所述電解液中的pH緩沖輔劑為乙酸，電解質為硫酸鈉或硝酸鈉，電解液中的乙酸的質量濃度為0.1-10%，硫酸鈉或硝酸鈉的濃度為0.05-1mol/L，錳鹽的濃度為0.01-0.5mol/L；

2）活化組分的負載

以金屬M鹽的水溶液作為浸漬液，以步驟1）制得的錳氧化物電極作為載體，采用浸漬的方式，將金屬M離子負載到錳氧化物電極上；其中，所述金屬M為鐵、鈷兩種元素，先在錳氧化物電極上負載浸漬Co離子，然后再負載浸漬Fe離子；

步驟2）中的浸漬過程為：

步驟a：把錳氧化物電極浸入到鈷鹽水溶液中靜置浸漬10-3600s后，取出錳氧化物電極并浸入到去離子水靜置浸泡水洗10-3600s，隨后取出錳氧化物電極，即完成一次Co離子的循環負載；再次重復負載Co離子的過程0~1次，使得在錳氧化物電極上總計進行1~2次的Co離子循環負載；

步驟b：步驟a處理結束后，再將負載Co離子的錳氧化物電極浸入到鐵鹽水溶液中靜置浸漬10-3600s，再取出電極并浸入到去離子水靜置浸泡水洗10-3600s，隨后取出電極，即完成一次Fe離子的循環負載；再次重復負載Fe離子的過程0~1次，使得在錳氧化物電極上總計進行1~2次的Fe離子循環負載；

其中，每種活性元素的鹽溶液濃度為10-500mM；

3）活化層的原位生成

以堿性電解質溶液作為電解液，以步驟2）負載金屬M離子的錳氧化物電極作為陽極，石墨電極、鉑電極或碳電極作為陰極，進行電解，原位生成高活性超薄活化層MOOH負載的錳氧化物電極；

步驟3）中，所述堿性電解質溶液為濃度0.5~1.5M的KOH或NaOH水溶液；步驟3）電解水的電壓為1.45-2.0 V vs.RHE。

2.如權利要求1所述的一種非貴金屬電解水陽極材料的制備方法，其特征在于步驟1）中，導電基體為FTO玻璃電極，老化時間為4-8天，錳鹽為乙酸錳。

3.如權利要求1所述的一種非貴金屬電解水陽極材料的制備方法，其特征在于步驟1）所述電解液中，乙酸的質量濃度為0.5-3%，硫酸鈉或硝酸鈉的濃度為0.05-0.5mol/L，錳鹽的濃度為0.05-0.3mol/L。

4.如權利要求1所述的一種非貴金屬電解水陽極材料的制備方法，其特征在于步驟2）的浸漬過程中，每種活性元素總計進行1-2次循環負載，每種活性元素的鹽溶液濃度為20-200mM。

5.如權利要求2所述的一種非貴金屬電解水陽極材料的制備方法，其特征在于步驟a或步驟b中，用于負載Co離子或Fe離子的浸漬時間為60-300s；浸泡水洗時間為60-300s；鈷鹽水溶液或鐵鹽水溶液的濃度為10-500mM。

6.如權利要求5所述的一種非貴金屬電解水陽極材料的制備方法，其特征在于步驟a或步驟b中，用于負載Co離子或Fe離子的浸漬時間為100-150s；浸泡水洗時間為100-150s；鈷鹽水溶液或鐵鹽水溶液的濃度為20-200mM。

7.如權利要求1~6任一所述的方法制備的非貴金屬電解水陽極材料。

8.如權利要求7所述的非貴金屬電解水陽極材料在電解水制備氫氣和氧氣中的應用，其特征在于以濃度0.5~1.5M的KOH或NaOH水溶液作為電解液，以所述非貴金屬電解水陽極材料作為陽極，以石墨電極、鉑電極或碳電極作為陰極，進行電解反應，生成氫氣和氧氣。