[发明专利]金属氧化物钝化镍/氧化镍原位电极的制备方法

说明书

本发明提供了一种金属氧化物钝化镍/氧化镍原位电极的制备方法。先配置含镍/铬（钼）离子并含镍/铬（钼）的氧化物或者镍/铬（钼）的氢氧化物的前驱体溶液，将其附着于泡沫镍（NF）表面，再利用电化学还原的方法，在特定电解液中施加还原电位进行还原，使泡沫镍（NF）表面附着的前驱体物质中氧化镍或氢氧化镍部分还原为金属镍，获得氧化铬（氧化钼）钝化的镍/氧化镍原位电极。本发明技术方案所需原料成本低廉、操作简单、耗时短、环境污染较小等多个优点；所制备的氧化铬（氧化钼）钝化镍/氧化镍原位电极作为析氢反应（HER）和析氧反应（OER）的双功能电催化剂表现出优异的催化活性，具有应用于电催化分解水的良好前景。

技术领域

本发明涉及多组分多功能材料的制备，应用属于电催化和能量转换材料与器件领域。

背景技术

电解水制氢方法具有原料丰富，产品纯度高等优点，被认为是清洁绿色的制氢方法之一。然而，组成电解水反应的两个半反应--析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的高能垒限制和影响了电解过程的能量转换效率和电解水制氢技术的发展，因此需要开发高活性的催化剂以降低反应能垒。到目前为止，最高效的电催化剂仍然是贵金属基催化剂，但过高的价格和稀缺的资源极大地限制了它们的大规模应用。此外，这些催化剂通常只对一个半反应表现出高活性，而对另一个半反应活性较差。所以，从降低成本和简化工艺两个方面考虑，开发同时具有高HER和OER活性的双功能非贵金属化合物催化剂对于实现高效的电解水反应至关重要。

就成本效益、催化活性和长期稳定性而言，过渡金属或其衍生物如硫属元素化物、氮化物和磷化物已被广泛用作HER催化剂，而钙钛矿和过渡金属氢氧化物/氧化物已被广泛用作OER催化剂。镍基化合物被证明是催化HER和OER的有前途的电催化剂，因为它们的地球资源丰富，环境友好和容易调节的电子结构。

受启发于Ming Gong等人（Angew. Chem., 2015, 127, 12157.）利用Cr₂O₃钝化Ni/NiO，获得高稳定性和高活性的HER/OER 双功能催化剂。据报道，低自旋状态的VIB族元素(如铬、钼、钨)能表现出不同的氧化态，它们的氧化物具有可逆的表面氧离子交换能力（Nature communications, 2014, 5(1): 1-6.）。此外，Ni-NiO异质结已被报道可优化氢的吸附能，从而加速氢吸附动力学（Nature communications, 2014, 5(1): 1-6.）。

据此，我们拟采用“溶液涂敷+电化学还原”制备氧化铬（氧化钼）钝化的镍/氧化镍原位电极。利用较负的还原电位使附着的氢氧化物生成氧化物，镍氧化物或镍盐还原为金属镍，同时暴露更多的活性位点；通过调节电化学还原时间优化所制电极中镍与氧化镍的比例，所制备的氧化铬（氧化钼）钝化的镍/氧化镍原位电极拟将具有高的HER和OER电催化活性和高稳定性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种氧化铬（氧化钼）钝化的镍/氧化镍原位电极的制备方法，其制备包括如下步骤：

（1）制备镍/铬（钼）的（氢）氧化物前驱体：将去结晶水的氯化镍溶于乙醇和冰乙酸的混合液中，然后边搅拌边加入乙酸铬（乙酰丙酮钼），随后加入水-乙醇的混合液，继续搅拌至溶液澄清，将溶液置于水热箱中保温，形成主要含镍/铬（钼）离子并含有少量镍/铬（钼）的氧化物或者镍/铬（钼）的氢氧化物溶液（前驱液的制备过程包括保温过程都未见明显的水解产生沉积、溶液变粘稠、沉积消失等现象，说明大量的镍/铬（钼）仍以离子形式存在而未转变为氧化物或氢氧化物，故前驱液更似溶液而非溶胶），冷却之后将泡沫镍（NF）浸入其中，随后取出干燥。

（2）电还原：将附着前驱体的NF置于硫酸钠和硼酸的混合液中，利用电化学工作站采用恒电位的方式对NF进行一段时间的电还原。用UP水冲去表面电解液后干燥即得氧化铬（氧化钼）钝化的镍/氧化镍原位电极。