[发明专利]一种泡沫镍复合电极及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种泡沫镍复合电极及其制备方法和应用，该复合电极的制备方法，包括：将钴盐溶于水中，得到前驱体溶液；向前驱体溶液中加入泡沫镍，进行水热反应，得到块体材料；将块体材料、磷酸盐置于管式炉中，磷化得到泡沫镍‑金属磷化物；配制含有镍盐和含硫有机物的电解液；将泡沫镍‑金属磷化物置于电解液，进行电沉积即制备得到复合电极；本发明制备得到的泡沫镍复合电极具有高效尿素电解辅助制氢功能；本发明制备得到的泡沫镍复合电极对HER也表现出很高的活性；此外，制备得到的复合电极在连续电解尿素27h的过程中性能无衰减，表现出很高的操作稳定性，在取代贵金属材料降低电极制备成本和处理含尿素废水方面具有很大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及电化学电极材料技术领域，尤其涉及一种泡沫镍复合电极及其制备方法和应用。

背景技术

光/电化学水分解制氢是被大力提倡的绿色产氢方式，但阳极氧析出反应 (OER)作为水分解的半反应，动力学缓慢，需要相当高的过电位从而使整体能耗较高。用其他更容易氧化的小分子阳极反应来取代OER，对降低产氢整体能耗具有突破性意义，如肼、甲醇、乙醇、甘油、和尿素等化合物的电催化反应。尤其，阳极尿素氧化反应(UOR：CO(NH₂)₂+6OH^--6e→N₂+5H₂O+CO₂)的标准电极电势为-0.46V(vs.RHE)，对应阴极氢析出反应(HER：6H₂O+6e→3H₂+6OH^-) 的标准电极电势为-0.83V(vs.RHE)，因此整体尿素电解的理论电压为0.37V，远低于水的分解电压1.23V。可见，用阳极UOR替换OER反应不仅可以降低电解制氢的能耗，而且还具有净化含尿素废水的应用前景。不过，电催化UOR涉及6 个电子，并有含N₂和CO₂的复杂气体生成，尽管热力学电极电势很低，但也受到反应速度本就迟缓的限制。因此，为了实现节能制氢，迫切需要开发高效的 UOR催化剂。

近年来，除贵金属外，非贵金属UOR催化剂的研究取得了一系列进展，包括过渡金属氧化物，NiMo基纳米结构和其他Ni基复合材料/异质结构等。Ni基催化剂在碱性条件下的UOR遵循间接氧化机制，反应式如下：

电氧化(E)：6Ni(OH)₂+6OH^--6e→6NiOOH+6H₂O

化学氧化(C)：CO(NH₂)₂+6NiOOH+H₂O→N₂+CO₂+6Ni(OH)₂

基于此，NiO、Ni、NiOOH等因易在原位形成催化活性中心Ni³⁺而被广泛应用于UOR研究，而且一些Ni基材料也具有良好的HER催化性能，能够成功应用于整体尿素电解制氢。但Ni基催化剂表面易吸附CO和CO₂中毒，其稳定性和导电性较差，阻碍了其实际应用。

基于目前的Ni基材料应用于整体尿素电解制氢存在的缺陷，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种泡沫镍复合电极及其制备方法和应用，以解决或部分解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种泡沫镍复合电极的制备方法，包括以下步骤：

将可溶性钴盐溶于水中，制备得到前驱体溶液；向前驱体溶液中加入泡沫镍，然后置于反应釜中进行水热反应，得到块体材料；

将块体材料以及磷酸盐置于管式炉中，于惰性气体下进行磷化处理，得到泡沫镍-金属磷化物；

配制含有可溶性镍盐和含硫有机物的电解液；