[发明专利]一种非贵金属非晶电解水阳极材料及原位生长制备方法

说明书

本发明公开了一种非贵金属非晶电解水阳极材料及原位生长制备方法，非贵金属电解水阳极材料为(Fe_aCo_bNi_c)_xM_y，其中原子百分比用量为a+b+c＝1，0.1≤a≤0.9，0≤b≤0.9，0.1≤c≤0.9，80≤x≤90，10≤y≤20，M为B、S、P、Si中的一种或一种以上；Fe_aCo_bNi_c)_xM_y系电解水阳极材料采用电弧熔炼和真空感应熔炼甩带而得到的非晶合金薄带，并以此为前驱体，采用电化学循环伏安法对其表层金属原位生长为镍铁钴氧化态物质，从而制备出高效原位生长的非贵金属电解水催化剂。本发明工艺简单，制备成本低，易于操作，性能稳定，便于大规模生产。

技术领域

本发明提供一种电解水阳极材料及其制备方法，特别是一种非贵金属Fe_aCo_bNi_c)_xM_y系非晶合金电解水阳极材料及原位生长制备方法，以获得高催化性能，并将其应用到电解水中。

背景技术

能源和环境是当今时代最重要的问题。全球对能源的需求一直在迅速增长，并且预计在未来15年内能源需求将增加两倍。但是到目前为止，所消耗能源中的大部分来自储量有限、不可持续的化石燃料。在众多可再生清洁能源的开发中，包括风能、地热能、太阳能等，受到了人们的青睐。氢能是人类公认的优秀的可再生清洁能源，能够与电能实现高效的相互转换，被视作是最具前景的能源之一。因此，可再生能源的转化被认为是显著减少对化石燃料依赖性的一种令人鼓舞的解决方案。

以氢为基础的可再生能源解决方案的实现很大程度上取决于开发具有成本效益的绿色氢生产技术，例如通过电化学电解水等方式。电化学水分解代表了大规模制氢的一种有前途的方法，氢气和燃料电池的组合用于电化学发电可为实现可持续的未来提供理想的能源系统。水分解效率高度依赖于析氧反应(OER)，开发经济且高效的OER催化剂至关重要。考虑到成本因素，非贵金属基电催化剂的需求量是巨大的，但其催化活性和稳定性同时也是重要的考虑因素。

一方面，相比晶态电极材料，非晶态电极材料具有以下优势：1、表面活性位点多；2、可以在较宽范围内通过改变元素组成，调控电子结构；3、高的机械强度和抗腐蚀性。所以，非贵金属基非晶态电极材料具有广泛的应用前景。另一方面通常对电极材料表面进行转换来提升催化性能，在传统电极制备方法中，电极表面转换的方法通常有电镀、气相沉积、水热生长、磁控溅射等。这些方法得到的电极材料，基底和表面有明显的界面，在使用过程中易发生分离现象，导致催化性能下降，寿命降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种非贵金属非晶电解水阳极材料及原位生长制备方法。

为达上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非贵金属非晶电解水阳极材料，其特征在于：前驱体非贵金属电解水阳极材料为(Fe_aCo_bNi_c)_xM_y，其中原子百分比用量为a+b+c＝1，0.1≤a≤0.9，0≤b≤0.9，0.1≤c≤0.9，80≤x≤90，10≤y≤20，M为B、S、P、Si中的一种或一种以上；采用电化学循环伏安法将其表层原位生长为镍、铁、钴中两种或两种以上氧化态物质，从而制备出高效原位生长的非贵金属电解水催化剂。

其中，所述阳极材料表层的氧化态物质为氧化铁、氧化钴、氧化镍、氢氧化铁、氢氧化钴、氢氧化镍、羟基氧化铁、羟基氧化钴、羟基氧化镍中的一中或几种。

所述前驱体非贵金属电解水阳极材料为非晶结构。

本发明还提供了所述非贵金属非晶电解水阳极材料原位生长制备方法，其特征在于，包含下列步骤：