[发明专利]一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料、电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料、电极及其制备方法，属于水的电化学裂解技术领域。该电极材料的制备方法包括以下步骤：S01，在铁镍泡沫上化学气相沉积硒粉，得到铁镍硒氧化物；S02，电化学剥离。本专利的用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料的制备方法，具有以下优点：1，制备过程可重复性高，可以放大生产。2，制备获得的样品具有较高的电催化产氧与全解水活性。3，制备的样品具有超长稳定性，不易脱落。

技术领域

本发明属于水的电化学裂解技术领域，具体涉及一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料、电极及其制备方法。

背景技术

随着日益突出的环境和能源问题，发展可持续型和环境友好型的能源转换和储存技术是人们关注的问题之一。水的电化学裂解是从可再生能源中获得清洁燃料的一种很有前途的方法。水的裂解反应包含了析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，其中缓慢的阳极析氧反应(OER)阻碍了水分解系统的发展，而提高能量转换效率的主要方法之一是开发合适的催化剂。目前，Ir基和Ru基材料被认为是最有效的OER催化剂，但考虑到原材料的成本和稀缺性，这些贵金属的大规模应用在经济上是不可行的。因此，我们需要去开发高效、经济的非贵金属电催化剂。为此，人们探索了许多电催化剂，包括过渡金属材料、磷化物、硼化物、金属氧化物、金属氢氧化物和非金属催化剂。

其中，镍基和钴基氧化物和氢氧化物被认为是碱性介质中高效的OER催化剂。与镍基钴基材料相比，铁比镍和钴便宜很多，并且它是仅次于铝的地球上第二大含量的金属，但铁基材料表现出的OER活性较低。所以探索高效稳定的富含铁的OER催化剂是目前研究的一大挑战。大量的报告研究表明，铁的存在可以改变镍基材料的电子结构和氧化还原电位，有利于提高其对OER的电催化活性。然而，镍和铁基氧化物/氢氧化物的电导率较差，这极大地限制了OER活性的进一步提高。而过渡金属基硒化物由于其比相应的金属氧化物具有更高的电导率，且其丰富的价态会导致不同的相，具有独特的电子结构和丰富的活性中心而引起人们的关注。例如：Xuan等人在2018年报道提到通过对金属有机框架(MOFs)和硒粉末的水热处理，合成了镍铁基硒化物(Ni-Fe-Se)¹。与镍铁基氧化物相比，镍铁基硒化物(Ni-Fe-Se)更有利于提高电子电导率，降低电荷转移电阻，促进了较高的镍氧化价的形成。

Haiqing Zhou等人于2016年报道了一种NiSe₂/Ni催化剂²。它的合成是在直径为3/4in的石英管炉中进行的。将起始泡沫镍切成面积约1.0cm²的小块，将其放置在管式炉的中心。采用硒粉(99.5％，Alfa Aesar)作为硒源，放在管式炉的上游。在加热管式炉之前，引入600sccm的Ar气体进入腔室，以净化系统1小时。然后将管式炉以30℃/min的加热速率设定到所需的温度(450℃-600℃)，并在此温度下保持1小时。生长后，样品在Ar气流的保护下自然冷却至室温。通过该方法制备获得的NiSe₂/Ni催化剂，Tafel斜率为49mV/dec，具有的阴极电流密度(100mA/cm²对应-196mV，10mA/cm²对应-143mV)，在2000次CV循环后和68000s(约18.89h)时间电流测试均保持良好稳定性。