[发明专利]一种电解水析氧阳极及其制备方法

说明书

一种电解水析氧阳极及其制备方法，涉及水分解电极技术领域，电解水析氧阳极包括多孔导电基底、纳米线阵列层、析氧催化剂层，纳米线阵列层为钴基纳米线阵列，析氧催化剂层为铁钴铬镍高熵合金催化剂。本发明在多孔导电基底上生长钴基纳米线阵列，可以增大电极材料的比表面积，电解水效率高，能够有效降低能耗；且本发明采用物理溅射方法在钴基纳米线阵列表面沉积铁钴铬镍高熵合金催化剂，活化处理后作为碱液电解水析氧的阳极，物理溅射法制备铁钴铬镍高熵合金薄膜催化剂，使催化剂层覆盖均匀，厚度可控，且与基底结合牢固，便于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及水分解电极技术领域，具体涉及一种电解水析氧阳极及其制备方法。

背景技术

化石能源的大量消耗造成了严重的能源短缺、环境污染等诸多问题。社会的可持续发展需要进行能源结构的调整，寻求更为清洁且可再生的替代能源。氢能作为一种可再生能源，其热值高，燃烧产物为水，清洁无污染，因此被认为是未来最理想的能源形式。而且氢气的来源多样化，其中电解水的方式优点突出，广受关注。电催化水分解中的析氧反应（OER）通常是缓慢的动力学过程，这往往限制了电解水的综合效率。传统的析氧反应催化剂多为储量稀少、价格昂贵的贵金属氧化物，如RuO₂和IrO₂等,这严重制约了电解水装置大规模的商业化应用。另外，目前对于析氧阳极的制备，通常是首先采用化学法制备催化剂粉体颗粒，然后使用导电高分子粘合剂将其负载在导电基体上。该类电极在碱液环境中长时间工作时，粘合剂的退化会使催化剂从导电基底脱落，导致电极稳定性变差；同时，使用高分子粘合剂会增加电极界面电阻，降低阳极析氧性能，增加能耗。因此，寻找到高效，低成本，稳定的析氧阳极材料是突破目前技术瓶颈的关键所在。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种电解水析氧阳极及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：电解水析氧阳极，包括多孔导电基底、纳米线阵列层、析氧催化剂层，纳米线阵列层为钴基纳米线阵列，析氧催化剂层为铁钴铬镍高熵合金催化剂层。

优选地，所述多孔导电基底可以为碳纸或碳布或泡沫镍。

优选地，所述钴基纳米线阵列为氢氧化钴、氧化钴、磷化钴、硫化钴、磷硫化钴中的一种。

优选地，所述铁钴铬镍高熵合金的化学组成为Fe_xCo_yCr_zNi_{（1-x-y-z）}，其中：0.2≤x≤0.3，0.2≤y≤0.3，0.2≤z≤0.3，0.2≤(1-x-y-z)≤0.3。

优选地，所述铁钴铬镍高熵合金的化学组成为Fe_0.25Co_0.25Cr_0.25Ni_0.25。

上述电解水析氧阳极的制备方法，步骤如下：

（1）多孔导电材料的预处理；

（2）钴基纳米线阵列的生长：在预处理后的多孔导电材料上生长钴基纳米线阵列；

（3）制备铁钴铬镍高熵合金催化剂层：采用磁控溅射法在生长有钴基纳米线阵列的多孔导电材料上沉积铁钴铬镍高熵合金催化剂，得到样品A；

（4）电化学活化：将样品A放入含Fe³⁺的碱液中进行电化学活化处理。

优选地，步骤（1）中多孔导电材料预处理过程为：将多孔导电材料依次经丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗，并烘干。

优选地，步骤（2）中钴基纳米线阵列的生长，具体过程为：以多孔导电材料为基底，硝酸钴为钴源，采用水热法在多孔导电材料上生长钴基纳米线前驱体；并采用化学气相法或液相法对前驱体进行氢氧化、氧化、硫化、磷化或者硫磷化处理，获得相应的氢氧化钴、氧化钴、磷化钴、硫化钴、磷硫化钴纳米线阵列。