本發(fā)明涉及一種電極材料的制備方法及應(yīng)用，尤其涉及一種泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、電解水制氫是生成純氫燃料的一種有效途徑，具有高效率、無污染、可再生等優(yōu)點，被認為是最有前景的大規(guī)模、經(jīng)濟的制氫技術(shù)之一。電催化分解水包括析氫反應(yīng)(her)和析氧反應(yīng)(oer)兩個半反應(yīng)。其中oer反應(yīng)是多步驟過程，包含四個協(xié)同質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致oer反應(yīng)的動力學(xué)緩慢、反應(yīng)能壘高，成為電催化分解水的決速步。因此，開發(fā)能有效加速析氧反應(yīng)的電催化劑成為研究者關(guān)注的焦點。目前，商業(yè)化的oer催化劑通常是貴金屬ruo2/iro2，然而其稀缺性及高昂的制備成本嚴重限制了工業(yè)生產(chǎn)中的大規(guī)模應(yīng)用。

2、過渡金屬(fe，ni等)具有在地球上儲量極其豐富、價格低廉、催化活性良好等優(yōu)點，由它們制備的高催化活性的oer電催化劑，具有大規(guī)模生產(chǎn)的可能性。其中，ni(oh)2是一種重要的電化學(xué)材料，但其電催化活性受到ni(oh)2低電導(dǎo)率的抑制，而在良好導(dǎo)電基底上原位生長ni(oh)2電極是一種有效的解決方法。

3、泡沫鎳(nf)具有高強度、良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以nf作為導(dǎo)電基底，可以優(yōu)化ni(oh)2材料的導(dǎo)電性，提高ni(oh)2電極材料的電催化活性和穩(wěn)定性。但制備的泡沫鎳負載ni(oh)2電極材料通常存在尺寸小難以擴展、制備工藝復(fù)雜使得成本提高、以及大電流密度下電催化活性和穩(wěn)定性有待進一步優(yōu)化等問題，這嚴重限制了其在實際中的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是提供一種能耗低、便于制備大尺寸電極、具有優(yōu)異的電催化析氧性能的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極的制備方法；

2、本發(fā)明的第二個目的是提供上述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極的應(yīng)用。

3、技術(shù)方案：本發(fā)明所述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、(1)將泡沫鎳洗滌、干燥；

5、(2)將鐵鹽、鈰鹽和硫代硫酸鈉溶于水中，混合均勻，作為反應(yīng)液；

6、(3)室溫下，將泡沫鎳浸沒入反應(yīng)液中，浸泡完成后，取出泡沫鎳，干燥，得到泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極。

7、其中，步驟(1)中，將泡沫鎳依次浸入鹽酸溶液、去離子水、無水乙醇中并超聲清洗除雜，然后進行干燥；鹽酸溶液濃度為2～5.0mol·l-1，超聲清洗時間為10～20min。所述的泡沫鎳的長度和寬度均為1～50cm，厚度為0.05～0.2cm。

8、其中，步驟(2)中，ce離子與fe離子的摩爾比為0.05:1～0.2:1；硫代硫酸鈉與fe離子的摩爾比為0.2:1～0.3:1。fe-ce-s在合適的濃度范圍內(nèi)，能優(yōu)化ni(oh)2的電子結(jié)構(gòu)，其協(xié)同作用可提高電極的電催化析氧活性。

9、其中，步驟(2)中，所述鐵鹽為九水硝酸鐵，所述鐵鹽的濃度為0.08～0.1mol/l。當fe3+離子濃度過低時，不能有效氧化泡沫鎳基底(ni金屬)，生成ni(oh)2；而fe3+離子濃度過高時，會將泡沫鎳基底過度氧化，破壞自支撐基底，變得易碎。

10、其中，步驟(3)中，所述浸泡時間為2～10min。浸泡時間過短，反應(yīng)無法有效完成。

11、其中，步驟(3)中，所述干燥條件為在60～70℃干燥8～12h。

12、上述的方法制備的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料在電解水制氫中的應(yīng)用。

13、發(fā)明原理：該制備方法以泡沫鎳為基底，以九水硝酸鐵、六水硝酸鈰和五水硫代硫酸鈉配制成反應(yīng)液，將泡沫鎳浸泡在反應(yīng)液中時，fe3+使ni金屬氧化，在泡沫鎳上原位生長ni(oh)2；硫代硫酸鈉溶解于水，形成弱堿性環(huán)境，促進ni(oh)2的生成。同時，fe-ce-s摻雜在ni(oh)2中，得到泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料。

14、有益效果：本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，取得如下顯著效果：

15、(1)本發(fā)明泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料原位生長在泡沫鎳上，與泡沫鎳基底結(jié)合緊密，能實現(xiàn)低電荷轉(zhuǎn)移電阻，縮短傳質(zhì)距離，提高電化學(xué)活性；本發(fā)明的電極材料的制備工藝簡單，只需一步反應(yīng)，且在室溫下進行，原料來源廣泛且價格低廉。因此，制備成本低，操作簡單，適合大規(guī)模商業(yè)化生產(chǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。

16、(2)本發(fā)明以泡沫鎳作為基底進行原位生長，無需額外進行電極材料涂覆與使用粘結(jié)劑，泡沫鎳具有三維網(wǎng)絡(luò)大孔結(jié)構(gòu)，可以提供高比表面積和電導(dǎo)率；

17、(3)本發(fā)明泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料，在堿性電解液中，在電流密度10ma·cm-2、100ma·cm-2和200ma·cm-2時僅需要197mv、243mv和270mv的過電位。對由本發(fā)明方法制備的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料施加200ma·cm-2電流100h，其電催化析氧性能依然保持穩(wěn)定，因此本發(fā)明所述電極材料具有優(yōu)異的電催化析氧活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，步驟(2)中，ce離子與fe離子的摩爾比為0.05:1～0.2:1；硫代硫酸鈉與fe離子的摩爾比為0.2:1～0.3:1。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，步驟(2)中，所述鐵鹽為九水硝酸鐵，鐵鹽濃度為0.08～0.1mol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，步驟(3)中，所述浸泡時間為2～10min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，步驟(3)中，所述干燥條件為在60～70℃干燥8～12h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，步驟(1)中，將泡沫鎳依次浸入鹽酸溶液、去離子水、無水乙醇中并超聲清洗除雜，然后進行干燥。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，其特征在于，步驟(1)中，所述的泡沫鎳的長度和寬度均為1～50cm，厚度為0.05～0.2cm。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料的制備方法，其特征在于，鹽酸溶液濃度為2～5.0mol·l-1，超聲清洗時間為10～20min。

9.一種權(quán)利要求1所述的方法制備的泡沫鎳負載的fe-ce-s修飾ni(oh)2電催化電極材料在電解水制氫中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種泡沫鎳上原位生長的Fe?Ce?S修飾Ni(OH)<subgt;2</subgt;電催化電極材料及其應(yīng)用，該電極材料的制備方法為：首先對泡沫鎳進行預(yù)處理，然后配制反應(yīng)液，在室溫下將預(yù)處理的泡沫鎳浸泡在反應(yīng)液中，浸泡完成后，取出泡沫鎳后進行干燥，獲得泡沫鎳上原位生長的Fe?Ce?S修飾Ni(OH)<subgt;2</subgt;電催化電極材料。該電極材料的制備方法簡單，能耗低，便于制備大尺寸電極材料，且制備的Fe?Ce?S修飾Ni(OH)<subgt;2</subgt;電催化電極材料具有優(yōu)異的電催化析氧性能。

技術(shù)研發(fā)人員：柏瑞,繆菊紅,陳思宇,金曼,薛鵬飛
受保護的技術(shù)使用者：南京信息工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10