[發明專利]一種異質結納米陣列電極材料及其制備方法與應用

有效

• 申請號: 202210521647.3
• 申請日: 2022-05-13
• 公開（公告）號: CN114672837B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 李萍;李吉鑫;黃鈺淇;黃蕖驊;趙世恩;李文琴
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: C25B11/061
• 分類號: C25B11/061;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 孫鳳俠

本發明屬于電催化析氧電極材料技術領域，具體涉及一種異質結納米陣列電極材料及其制備方法與應用。本發明將鐵基集流體置于高錳酸鉀水溶液中，水熱反應得到一種異質結納米陣列電極材料，該方法采用的一步水熱法具有經濟快捷、綠色簡單、反應迅速、可大規模量產的特點；其中的鐵基集流體既作為載體又作為鐵源，可以實現在集流體上原位生長陣列，從而提高電極材料機械穩定性，且加快電荷傳輸。所得異質結納米陣列電極材料將穩定性好的δ?MnOsubgt;2/subgt;和TM?FeOOH耦合在一起構筑異質結，既可以有效調控電子結構，提高本征活性，促進電荷傳輸，又可以提供更多的活性位點，從而實現高性能OER應用。

技術領域

本發明屬于電催化析氧電極材料技術領域。更具體地，涉及一種異質結納米陣列電極材料及其制備方法與應用。

背景技術

氫能源是21世紀有望解決化石能源危機和緩解環境污染問題的綠色能源，電催化分解水制氫是實現大規模生產高純度氫氣的有效方法。電解水中陽極析氧反應(OER，4OH^-→O₂+2H₂O+4e^-)是一個多電子反應過程，動力學緩慢，需要較高過電位，導致電能轉化率較低。當前IrO₂和RuO₂基貴金屬催化劑在OER中表現出優異的性能，如中國專利申請公開了一種CrO₂-RuO₂固溶體材料，其具有金紅石型晶體結構，Cr和Ru原子均勻分布于晶體結構中，具有良好的電化學催化析氧性能。但是，Ru屬于貴金屬催化劑，Ru的稀缺性和高成本阻礙了其大規模實際應用。因此，基于地球儲量豐富的元素，來開發活性高、穩定性好的非貴金屬OER催化劑是非常有必要的。

近年來，眾多非貴金屬基OER催化劑被廣泛研究。其中，δ-MnO₂材料因局部構型與綠色植物光合作用系統II(PS-II)中的析氧絡合物(Oxygen?Evolution?Complex)類似而備受關注；且由于其獨特的組成結構，δ-MnO₂具有優異的穩定性和抗腐蝕性，特別適合苛刻條件下(如天然海水介質)的OER。但是，前期研究表明，δ-MnO₂的電催化本征活性有限，效果無法滿足現有技術的要求，阻礙了其廣泛推廣應用。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有δ-MnO₂材料電催化本征活性有限的缺陷和不足，提供一種可有效調控電子結構、提高本征活性、促進電荷傳輸，同時提供更多活性位點，從而實現高性能OER的異質結納米陣列電極材料。

本發明的目的是提供一種異質結納米陣列電極材料的制備方法。

本發明另一目的是提供所述異質結納米陣列電極材料的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種異質結納米陣列電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

將鐵基集流體置于高錳酸鉀水溶液中，80～250℃水熱反應，后處理，即得；

其中，所述鐵基集流體為鐵線、鐵網、鐵片或泡沫鐵。

優選地，水熱反應的溫度為100～200℃；更優選地，水熱反應的溫度為150～200℃。

進一步地，所述高錳酸鉀水溶液加入過渡金屬鹽，溶解為均一溶液，再與鐵基集流體進行水熱反應。