[發(fā)明專利]一種硒納米晶負(fù)載的鎳鐵羥基氧化物析氧電催化劑及其制備方法與應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211596253.0
• 申請(qǐng)日: 2022-12-13
• 公開（公告）號(hào): CN115852428A
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉蕊;周寧寧;秦廣超;胡昊;丁以勒;季宇凡;游嘉甜;朱佳晨;梁升
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 合肥學(xué)院
• 主分類號(hào): C25B11/091
• 分類號(hào): C25B11/091;C25B11/054;C25B11/061;C25B11/031;C25B1/04;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 合肥輝達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 34165
• 代理人: 汪守勇

一種硒納米晶負(fù)載的鎳鐵羥基氧化物析氧電催化劑及其制備方法與應(yīng)用，涉及電解水制氫技術(shù)領(lǐng)域。首先將硒源、鐵源、還原劑溶解在堿性溶液中，或者溶解在水中再用堿性溶液調(diào)節(jié)體系pH值，然后將泡沫鎳浸沒(méi)在溶液中進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后清洗烘干得到硒納米晶負(fù)載的鎳鐵羥基氧化物析氧電催化劑，三維自支撐的泡沫鎳上原位生長(zhǎng)有硒納米晶負(fù)載的非晶鎳鐵羥基氧化物納米片，納米片呈相互交錯(cuò)垂直陣列排布，彼此相互連接形成自支撐結(jié)構(gòu)。該催化劑具有較大的比表面積和多孔孔隙，以及豐富的活性位點(diǎn)，有利于物質(zhì)的傳輸和擴(kuò)散，增強(qiáng)了其OER性能。且該方法成功地賦予了泡沫鎳的超親水性，可以實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)的浸潤(rùn)和氣泡的快速釋放。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電解水制氫技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種硒納米晶負(fù)載的鎳鐵羥基氧化物析氧電催化劑及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著社會(huì)發(fā)展，化石能源危機(jī)和生存環(huán)境惡化等一系列問(wèn)題越發(fā)顯著，因此需要大力開發(fā)綠色清潔的可再生能源。氫氣的能量密度高，是同質(zhì)量煤炭發(fā)熱量的3倍，是目前公認(rèn)最環(huán)保的能源轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)的可持續(xù)能源。通過(guò)電化學(xué)方法可以在溫和的條件下將水催化電解成氫氣，是一種有效的解決能源枯竭、環(huán)境危機(jī)和存儲(chǔ)的策略。電催化水分解分為兩部分：析氧反應(yīng)(Oxygen Evolution Reaction，簡(jiǎn)稱OER)與析氫反應(yīng)(Hydrogen EvolutionReaction，簡(jiǎn)稱HER)。

其中，陽(yáng)極OER反應(yīng)是一個(gè)復(fù)雜的四電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，動(dòng)力學(xué)比較遲緩。因此，提高水電解整體效率的關(guān)鍵是降低OER過(guò)電位。目前商業(yè)化OER催化劑依然主要使用IrO₂和RuO₂等貴金屬材料。但是其稀缺性和高價(jià)格嚴(yán)重限制了其大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。有鑒于此，科研人員投入了大量的努力，致力于開發(fā)高活性、低成本、超穩(wěn)定的非貴金屬OER電催化劑。目前，商業(yè)化Ru和Ir基催化劑金屬氧化物被認(rèn)為是堿性介質(zhì)中最先進(jìn)的OER電催化劑。但是，其地球存儲(chǔ)量低、成本高、強(qiáng)酸性電解液中穩(wěn)定性差，無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。因此，開發(fā)一種簡(jiǎn)單、綠色、高性能、廉價(jià)且可大批量生產(chǎn)的OER催化劑仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

迄今為止，研究人員已經(jīng)開發(fā)了眾多降低OER過(guò)電位的高效電催化劑，如過(guò)渡金屬(Ni、Fe、Co等)的氧化物、硒化物、硫化物、磷化物、碳化物、氮化物、金屬合金、(羥基)氧化物等。這些電催化劑因其在堿性電解液中表現(xiàn)的易于調(diào)控的電子性、高催化性、耐腐蝕性、以及低廉的價(jià)格受到了廣泛關(guān)注。而在過(guò)渡金屬基催化劑中，NiFe(羥基)氧化物，被認(rèn)為最有望取代貴金屬氧化物成為新一代的OER催化劑。但NiFe(羥基)氧化物的電導(dǎo)率較低、活性位點(diǎn)較少，限制了其進(jìn)一步應(yīng)用。

為了解決這一問(wèn)題，研究學(xué)者通過(guò)用異價(jià)離子改性或?qū)щ娸d體復(fù)合材料來(lái)提高NiFe(羥基)氧化物的電導(dǎo)率。研究表明這些OER活性提高可能是由于活性位點(diǎn)數(shù)目增加，而不是電導(dǎo)率的增強(qiáng)或固有活性的提高。因此，NiFe(羥基)氧化物導(dǎo)電性能差的問(wèn)題仍是一個(gè)挑戰(zhàn)。