[發(fā)明專利]一種非貴金屬電解水陽(yáng)極材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110941896.3
• 申請(qǐng)日: 2021-08-17
• 公開（公告）號(hào): CN113684496B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉長(zhǎng)影;李想
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 杭州興態(tài)環(huán)保科技有限公司
• 主分類號(hào): C25B11/052
• 分類號(hào): C25B11/052;C25B11/091;C25B1/04;C25D9/04
• 代理公司: 杭州浙科專利事務(wù)所(普通合伙) 33213
• 代理人: 龔如朝

本發(fā)明公開了一種非貴金屬電解水陽(yáng)極材料及其制備方法和應(yīng)用，所述陽(yáng)極材料的制備方法為：在經(jīng)過老化的含有錳鹽、電解質(zhì)和pH緩沖輔劑的電解液中電解，在導(dǎo)電基體表面電沉積生成錳氧化物，制得錳氧化物電極，再采用浸漬的方式，將金屬M(fèi)離子負(fù)載到錳氧化物電極上，最后以堿性電解質(zhì)溶液作為電解液，進(jìn)行電解，原位生成高活性超薄活化層MOOH負(fù)載的錳氧化物電極。本發(fā)明電極的制備過程不經(jīng)過高溫處理，且活化層的負(fù)載也是原位生成，不經(jīng)過熱處理，制備過程節(jié)能降耗，有望替代傳統(tǒng)的貴金屬氧化物電極及其它非貴金屬氧化物電極，應(yīng)用于電解水產(chǎn)氧和產(chǎn)氫中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種非貴金屬電解水陽(yáng)極材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

電解水制氫和氧氣，是新能源，清潔生產(chǎn)領(lǐng)域的重要方向，特別是符合國(guó)家提出碳達(dá)峰、碳中和的目標(biāo)，解決化石燃料作為能源帶來的碳排放問題。電解水過程陽(yáng)極產(chǎn)生氧氣，陰極產(chǎn)生氫氣，產(chǎn)氧過程是整個(gè)電解水的速控步驟，因?yàn)殛?yáng)極產(chǎn)氧需要四電子轉(zhuǎn)移，同時(shí)還產(chǎn)生復(fù)雜的中間體，過電位高，陽(yáng)極環(huán)境腐蝕性強(qiáng)，因此解決了陽(yáng)極材料的問題，電解水面臨的技術(shù)問題也就解決了。

傳統(tǒng)的電解水制氫和氧，主要采用的是貴金屬氧化物涂層電極，因其性能優(yōu)異，耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是近年來，貴金屬市場(chǎng)需求量大，價(jià)格持續(xù)攀升，極大的限制了電解水的規(guī)模化應(yīng)用發(fā)展。因此，如何降低涂層電極貴金屬的用量或者尋找可替代的非貴金屬氧化物電解水成為重要的研究方向。

過渡金屬來源豐富，價(jià)格較低，又具有一定的性能，是一直研究作為電解水陽(yáng)極材料的熱門方向，一般而言，貴金屬氧化物涂層電極的析氧過電位為200-300mV，過渡金屬氧化物電極的析氧過電位為300-500mV，根本性上而言，過渡金屬氧化物作為電解水陽(yáng)極性能與貴金屬氧化物陽(yáng)極是存在一定差距的。如何提高非貴金屬氧化物陽(yáng)極材料的性能及穩(wěn)定性是關(guān)系到其能否作為電解水陽(yáng)極材料的關(guān)鍵因素。本發(fā)明克服電解水電解材料成本問題，電沉積制備的錳氧化物陽(yáng)極未經(jīng)過高溫處理，浸漬活性組分溶液，在外加電位的條件下，原位生成超薄活性功能層，有望規(guī)?；瘧?yīng)用非貴金屬電解水制氫和氧領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種非貴金屬電解水陽(yáng)極材料及其制備方法和應(yīng)用，主要目的在于降低電解水陽(yáng)極材料對(duì)貴金屬材料的依賴性，推動(dòng)非貴金屬電解水陽(yáng)極材料的發(fā)展。傳統(tǒng)電解水制氫陽(yáng)極材料制備不論是貴金屬氧化物涂層還是非貴金屬氧化物涂層，均要經(jīng)過高溫焙燒工藝，能量消耗巨大，對(duì)環(huán)境造成一定的污染，同時(shí)增加了電極材料的制備成本，對(duì)于活性層的負(fù)載也是需要高溫處理的步驟，更進(jìn)一步加大了能源的消耗，還帶來環(huán)境污染，以及成本增加的問題。因此，本發(fā)明從節(jié)能環(huán)境，清潔生產(chǎn)的理念出發(fā)，尋找低成本，性能優(yōu)異的陽(yáng)極材料。錳氧化物材料，因存在不同價(jià)態(tài)的轉(zhuǎn)換，具有較高的析氧效率及穩(wěn)定性，通過浸漬活性組分，經(jīng)過電化學(xué)過程，在表面原位生成超薄活性功能層（MOOH），大幅提高電解水的效率及穩(wěn)定性。

所述的一種非貴金屬電解水陽(yáng)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(zhì)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(dǎo)電基體作為陽(yáng)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(tǒng)，采用穩(wěn)態(tài)沉積或者動(dòng)態(tài)沉積的方式進(jìn)行電解反應(yīng)，在導(dǎo)電基體表面電沉積生成錳氧化物，制得錳氧化物電極；

2）活化組分的負(fù)載

以金屬M(fèi)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(fèi)離子負(fù)載到錳氧化物電極上；

3）活化層的原位生成

以堿性電解質(zhì)溶液作為電解液，以步驟2）負(fù)載金屬M(fèi)離子的錳氧化物電極作為陽(yáng)極，石墨電極、鉑電極或碳電極作為陰極，進(jìn)行電解，原位生成高活性超薄活化層MOOH負(fù)載的錳氧化物電極。