[發(fā)明專利]一種鎳鐵氫氧化物電催化劑及制備方法和應用

在審

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• 申請日: 2022-04-28
• 公開（公告）號: CN115125569A
• 公開（公告）日: 2022-09-30
• 發(fā)明（設計）人: 沈少華;鄧豪
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/061;C25B1/04
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 安彥彥

本發(fā)明提供一種鎳鐵氫氧化物電催化劑及制備方法和應用，將泡沫鎳浸泡于鹽酸溶液中，去除表面氧化物；向KOH溶液中，加入Fe³⁺，得到含有微量Fe³⁺的KOH混合溶液；將處理后的泡沫鎳作為工作電極，KOH混合溶液作為電解液，施加脈沖，獲得鎳鐵氫氧化物電催化劑。本發(fā)明利用脈沖驅動電化學表面重構，通過電解液環(huán)境調控活性位點的溶解?再沉積過程，成功在表面構建出穩(wěn)定的鎳鐵氫氧化物作為產氧活性中心，解決了鎳鐵氫氧化物在大電流密度下的失活問題，為工業(yè)規(guī)模化生產，提供一種簡單快速、成本低廉、高效可行的方案。

技術領域

本發(fā)明屬于電催化技術領域，特別涉及一種鎳鐵氫氧化物電催化劑及制備方法和應用。

背景技術

目前，傳統(tǒng)化石能源不斷消耗，碳排放量持續(xù)增長，面對全球范圍內的一系列能源環(huán)境問題，發(fā)展新型的清潔替代能源已迫在眉睫。氫氣具有不含碳、熱值高、可儲運、無污染等優(yōu)點，可用于能源、交通、化工、農業(yè)等諸多領域，有望作為維持未來可持續(xù)發(fā)展的能源載體之一。然而，傳統(tǒng)制氫技術仍以煤制氫為主，過程復雜，污染環(huán)境，碳排放高。相較之下，電解水制氫技術的物質來源為水，流程簡單，環(huán)境友好，具有極大應用潛力。限制電解水技術發(fā)展主要原因之一是，陽極電催化劑表面發(fā)生的產氧反應。該反應涉及四電子過程，往往需要較大過電位以克服其較高的動力學勢壘。

設計高效的產氧電催化劑能有效改善緩慢動力學，以減少過電位。至今，銥基和釕基等貴金屬材料呈現(xiàn)出了優(yōu)異的產氧性能，但受儲量和成本的制約，難以規(guī)模化利用。因此，亟待開發(fā)低成本非貴金屬材料用于產氧反應。大量研究指出，鎳鐵基材料，尤其是鎳鐵氫氧化物，具有高效堿性產氧能力，并且制備簡單(常用水熱法、電沉積法、化學沉積法等)，是一種潛力巨大的電催化劑。除了活性以外，電催化劑的穩(wěn)定性也很重要。在實際工業(yè)生產中，電解槽的電流密度會達到500mA cm^-2以上。此時，催化劑與電解液界面處發(fā)生快速能質轉換。苛刻的反應環(huán)境會促使表面活性位點溶解、脫落，造成催化劑失活。正是由于失活現(xiàn)象的束縛，目前鎳鐵氫氧化物電催化劑大都僅在10mA cm^-2處運行，遠達不到工業(yè)生產水平。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種低成本、適合大規(guī)模生產的一種鎳鐵氫氧化物電催化劑及制備方法和應用，以解決現(xiàn)有技術中鎳鐵氫氧化物在大電流密度下失活問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

一種鎳鐵氫氧化物電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

在含F(xiàn)e³⁺電解液中，采用三電極體系進行脈沖處理10～40min后，取出工作電極，洗滌，得到鎳鐵氫氧化物電催化劑；其中，三電極體系的工作電極為洗滌后的泡沫鎳，對電極為碳棒，參比電極為Hg/HgO。

進一步的，泡沫鎳的純度為99.99％，孔隙率為95％以上。

進一步的，將泡沫鎳放入1～3mol/L的鹽酸中浸泡10～40min，得到洗滌后的泡沫鎳。

進一步的，含F(xiàn)e³⁺電解液通過以下過程制得：向含有K⁺和OH^-的溶液中，滴加Fe³⁺源溶液，得到含F(xiàn)e³⁺電解液；

進一步的，含有K⁺和OH^-的溶液中OH^-的濃度為0.01～1mol/L，K⁺的濃度為1mol/L，含 Fe³⁺電解液中Fe³⁺濃度為3.75×10^-6～3.75×10^-3mol/L。