[发明专利]一种分级纳米结构铁掺杂氧化镍阳极电解水析氧催化剂合成法

说明书

本发明提供了一种分级纳米结构铁掺杂氧化镍阳极电解水析氧催化剂合成方法。在铁镍前驱体摩尔比为1:1‑2的情况下，得到NiFe‑I催化剂。在铁镍前驱体摩尔比为1:2‑3的情况下，得到NiFe‑II催化剂。NiFe‑II催化剂通过在氨基硼烷溶液经循环伏安处理，获得分级结构岛状掺铁氧化镍超薄纳米片，记为NiFe‑III催化剂。通过分级结构形貌的调控所合成的三种不同型号掺铁氧化镍催化剂能够有效满足对电解水析氧速率不同的要求。与现有技术相比，本发明所提供的方法，提高了电化学活性表面积，节省了催化剂用量，高度多孔结构的形成，促进水分子到电极表面的质量传质，显著提高催化剂活性，降低析氧反应超电势，简化了催化电极制备过程，本发明所提供的方法适于大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及一种纳米结构金属氧化物电解水析氧催化剂的制备方法，尤其涉及一种纳米结构铁掺杂氧化镍阳极电解水析氧催化剂合成法。

背景技术

随着化石燃料储量下降、可持续发展理念的深化，氢能市场在不久的将来（2050年左右）将形成以可再生能源为主体的供氢格局，根据地球海水的巨大储量电解水制氢气将成为最有效供氢主体，从而使其在氢能的生产中备受关注。电解水制氢的效率很大程度上取决于阴、阳两极的催化剂活性，特别是动力学缓慢涉及四个电子转移的阳极析氧半反应的活性。因而开发活性高、结构稳定、合成工艺简单、成本低廉、产出量大的析氧催化剂合成方法从而降低析氧反应的超电位对于提高电解水制氢效率具有决定性作用。

目前，尽管已有多种实验手段用于合成新型高活性阳极析氧催化剂，但合成方法繁琐复杂，所用原材料价格昂贵成本高，而且制得的催化剂结构稳定性差，使用寿命短，不易于大规模工业制造。这些研究距离真正能够同时获得具有前述技术指标的工业析氧反应催化剂和工业级合成方法仍有很大差距，因而尚不能替代目前工业电解槽所广泛使用的活性较低的镍/不锈钢网析氧催化剂。与目前实验合成的高活性纳米结构3d过渡金属磷化物、硒化物电解水析氧催化剂相比，3d过渡金属氧化物催化剂的合成成本、原料价格、结构稳定性、耐电解质腐蚀性、使用寿命无疑更能满足大规模工业化的需要，同时通过创新合成方法调控氧化物催化剂的纳米结构和组成，在获得先进纳米结构（极其高的电化学活性表面积）的同时其活性显著提升，实现工业析氧催化剂的革新，从而降低电解水制氢的能耗。

为此，需寻找一种活性高、廉价、长寿命的析氧催化剂并建立低成本的可靠合成工艺路线，以利于批量生产并保证产品质量稳定，对于促进电解水制氢的发展和市场需求具有重要意义。

发明内容

1、所要解决的技术问题：

现有的用于合成新型高活性阳极析氧催化剂，但合成方法繁琐复杂，所用原材料价格昂贵成本高，而且制得的催化剂结构稳定性差，使用寿命短，不易于大规模工业制造

2、技术方案：