[发明专利]复合电极及其制备方法和用途以及电催化全解水装置

说明书

本发明提供了一种复合电极及其制备方法和用途以及电催化全解水装置，涉及全解水技术领域，复合电极包括：导电基体；第一活性材料层，所述第一活性材料层设置在所述导电基体的至少部分表面上，形成所述第一活性材料层的材料包括过渡金属磷化物；第二活性材料层，所述第二活性材料层设置在所述第一活性材料层的至少部分表面上，形成所述第二活性材料层的材料包括羟基氧化过渡金属。该复合电极的价格较低，利用该复合电极进行电催化全解水的效率高、稳定性强。

技术领域

本发明涉全解水技术领域，尤其是涉及一种复合电极及其制备方法和用途以及电催化全解水装置。

背景技术

目前，开发绿色、清洁、可再生的替代能源是缓解能源危机和解决环境问题的关键。在各种替代能源策略中，建立使用氢作为能量载体的能源基础设施，为人类根本性解决能源与环境等全球性问题提供了理想的替代能源方式。电解水技术历史悠久，是较为成熟的制氢工艺，具有原理简单、操作方便、产物纯度高、清洁无污染等优点。但电解水制氢工艺也存在能量消耗较大的缺陷，如何降低能耗成为电解水制氢工艺的研究重点。

电催化全解水工艺的核心由阴极还原析氢反应(HER)以及阳极氧化析氧反应(OER)两个半反应构成。对于HER反应，Pt族金属具有低过电位和高稳定性，但因资源稀缺和成本过高而难于得到规模化应用。相比于HER反应，涉及四电子转移的OER反应动力学缓慢，由此引发的高析氧过电位是造成槽电压远高于理论水分解电压(1.23V)的主要原因，严重制约电催化全解水的效率。因而，开发廉价、高效和高稳定性的非贵金属HER及OER电催化剂成为电解水制氢技术的关键。

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合电极，该复合电极的价格较低，利用该复合电极进行电催化全解水的效率高、稳定性强。

本发明提供的复合电极包括：导电基体；第一活性材料层，所述第一活性材料层设置在所述导电基体的至少部分表面上，形成所述第一活性材料层的材料包括过渡金属磷化物；第二活性材料层，所述第二活性材料层设置在所述第一活性材料的至少部分表面上，形成所述第二活性材料层的材料包括羟基氧化过渡金属。

进一步地，基于所述第一活性材料层和所述第二活性材料层的总质量，所述第二活性材料层的含量为1-10wt％，优选为5wt％。

进一步地，所述过渡金属磷化物包括磷化镍、磷化铁以及磷化钴中的至少一种；

优选地，所述羟基氧化过渡金属包括羟基氧化镍、羟基氧化钴以及羟基氧化铁中的至少一种；

优选地，所述导电基体为三维网络结构；

优选地，所述导电基体的材质包括铁、钴以及镍中的至少一种。

进一步地，所述第一活性材料层包括球状结构、片层状结构以及多个间隔设置的柱状结构中的至少一种，优选包括多个间隔设置的柱状结构；

优选地，任意相邻两个所述柱状结构之间的间隔为1-3nm，优选为2nm；

优选地，所述柱状结构呈阵列式排布；

优选地，所述柱状结构的轴线和与所述柱状结构接触的所述导电基体的表面相互垂直。

进一步地，所述第一活性材料层原位生长在所述导电基体的表面上；

优选地，所述第二活性材料层原位生长在所述第一活性材料层的至少部分表面上。

一种前面所述的复合电极的制备方法，包括：在导电基体的至少部分表面上形成第一活性材料层，得到复合层；在所述第一活性材料层的至少部分表面的第二活性材料层，得到所述复合电极。

进一步地，所述第一活性材料层通过第一原位生长在所述导电基体的表面上；

优选的，所述第一原位生长包括：将磷源包覆在所述导电基体的表面之后进行焙烧处理；