[發明專利]一種鎳鎢復合電極的制備方法及其在電催化氧化中的應用

在審

• 申請號: 202210336297.3
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114737215A
• 公開（公告）日: 2022-07-12
• 發明（設計）人: 王發楠;徐剛;陳晨鈺
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: C25B11/061
• 分類號: C25B11/061;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 廈門原創專利事務所(普通合伙) 35101
• 代理人: 吳廷正

本發明屬于材料科學技術領域及節能環保領域，具體涉及一種鎳鎢復合電極的制備方法及其在電催化氧化中的應用。采用簡單的分步電沉積法制備了鎳鎢復合電極，該電極體系以鎢摻雜的鎳為催化活性中心，其在堿性介質中，可高效地氧化水或生物質衍生平臺化合物，極大降低了電解水制氫過程的整體過電位，提高該過程的整體電荷效率，并表現出良好的穩定性。其制備工藝所需原料來源廣泛、價格便宜、操作簡單，反應條件溫和、清潔環保，可有效降低反應成本，避免環境污染和稀有金屬的消耗。

技術領域

本發明涉及材料技術及電極制備技術領域，尤其涉及一種鎳鎢復合電極的制備方法及其在電催化氧化中的應用。

背景技術

化石能源的巨大消耗和由此所帶來的嚴重的環境和氣候問題，促使當今世界的能源結構正從單一的化石能源向包括可再生能源、核能在內的多元化能源結構轉變。一方面，利用可再生電能驅動電解水技術在生產清潔、可持續的氫能源方面得到了廣泛的研究關注。在電解水過程中，陽極的析氧反應(OER)通常涉及復雜的四電子轉移過程，這使得析氧反應動力學遲緩，嚴重增加了電解水反應的整體能耗。通過開發高效的電催化劑，可以降低反應電勢、加速OER反應進程。此外，尋找可替代的陽極反應對于提高電解水制氫過程的整體電荷效率具有重要意義。另一方面，生物質儲量巨大，是地球上唯一的可再生碳源，在綠色、可持續等方面具有突出優勢，其清潔高效地轉化為能源化學品已經成為許多國家的重要發展戰略。5-羥甲基糠醛(5-hydroxymethylfurfural，HMF)被認為是一種重要的生物質含氧衍生物。其進一步氧化產物2,5-呋喃二甲酸(2,5-furandicarboxylic acid，FDCA)，被美國能源部列入12種高附加值生物基化學物質。由FDCA所制備的聚呋喃甲酸酯是一種綠色可降解塑料，并在許多方面優于石油基聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)，包括改善對氧氣、二氧化碳和水的阻隔性能以及更好的熱穩定性和機械性能。但是，傳統的熱催化制備FDCA的方法反應條件苛刻，需要高溫、高壓氣體以及額外氧化劑的引入，具有一定的局限性，而電化學的方式僅受電化學電位的驅動，具有易調控、清潔、經濟的優勢。在合適的電催化體系中，HMF電氧化可取代陽極析氧反應，具有更快的反應動力學，可降低電解水過程的整體能耗，同時提高經濟效益，顯示出誘人的應用前景。

目前，相關領域的研究引起了人們的廣泛關注。鈀等貴金屬材料表現出高的活性，然而，此類催化劑對于目標產物FDCA的選擇性相對較低，且貴金屬高昂的價格和低存儲量嚴重制約了該類催化劑的廣泛應用。因此，迫切需要尋找廉價、高效的電催化劑來代替貴金屬。

研究表明，鎳的氧化物及其氫氧化物在該反應中表現出較高的活性及穩定性。比如中國專利CN 111472020 A公開了名稱為：一種水滑石基層狀催化劑電催化氧化5-羥甲基糠醛制備2,5呋喃二甲酸的方法，該技術利用在碳紙上負載的鎳基水滑石層狀催化劑進行電氧化HMF的反應，表現出良好的催化性能(FDCA選擇性達84.8％)。然而，受到過渡金屬基材料本征活性差的限制，其電化學活性還有待提高。WO_x(x≤3)具有電導率高、氧化還原狀態豐富等優異性能，同時，一定條件下可以使WO_x上的橋氧脫離形成氧空位缺陷，將WO_x作為摻雜元素來調節催化劑的電子結構可進一步地提高催化活性。然而，目前使用鎳鎢氧化物復合催化劑電催化氧化HMF制備FDCA的研究還鮮有報道。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種制備方法簡單、所制得電極具有高的電催化氧化活性、電流密度高且具有良好的循環穩定性的鎳鎢復合電極的制備方法及其在電催化氧化中的應用。

為了實現上述的技術目的，本發明所采用的技術方案為：

一種鎳鎢復合電極的制備方法，其包括：將導電基底置于含鎳電鍍液中作為工作電極，以預設電流密度進行恒電流沉積處理預設時長，然后將其取出、清洗晾干，再置于含鎢電鍍液中作為工作電極，且以預設電位進行恒電位沉積處理預設時長，繼而將其取出、清洗晾干，制得鎳鎢復合電極。

具體的，本方案鎳鎢復合電極的制備方法包括：