[发明专利]一种TiO2

说明书

本发明为一种TiO₂负载NiFe电解水催化剂的制备方法及其应用。该方法包括如下步骤：(1)将钛网作为工作电极插入到电解液中，电压15‑25V，时间1～5h；再在混合气氛中将电解后的钛网加热至450～500℃，煅烧1～3小时，得到的表面生长有含氧空位的TiO₂纳米管的钛网；(2)将钛网浸没入电镀液中，在‑2～‑20mA下恒电流沉积10～60min；然后清洗、烘干，得到TiO₂负载的NiFe纳米片电催化剂；本发明用于电催化析氧反应，具有OER过电位低，催化活性位点更多，析氧电催化活性更好等优点，同时在连续运行下表现出优异的稳定性，在未来能源行业应用前景广阔。

技术领域

本发明属于电解水制氢催化剂领域，涉及一种TiO₂负载NiFe析氧催化剂的制备方法及其在电解水中的应用。

背景技术

日益增长的能源需求和相关的环境问题推动了可持续能源的发展，以取代化石燃料。氢能由于其燃烧热值高、无毒无害、来源广等优势成为了目前最理想的清洁能源。碱性电解水制氢技术操作条件易实现且投资费用低，技术实现更加成熟，是最有潜力的制氢技术之一。整体的水分解是由两个半反应组成，即析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。二者都存在动力学迟缓、催化剂稳定性不高等技术问题，特别是析氧反应，由于涉及到4个电子的转移而需要更大的能耗。目前，贵金属及其氧化物(Pt，RuO₂和IrO₂)等是最为有效的催化剂，但其价格高且稀缺，在大规模的工业应用过程中受到了极大的限制。因此,开发低成本、高效率的OER催化剂，以显著降低其过电位，提高电解水过程中的电能转化效率至关重要。

到目前为止，人们一直致力于探索高效稳定的OER及其电催化剂，如过渡金属氧化物/氢氧化物、硫化物、磷化物、硒化物和氮化物。若将过渡金属催化剂负载在导电基底上，例如多孔碳和金属泡沫，可提高电催化剂的导电性。然而，这些碳或金属泡沫载体容易发生电化学氧化，尤其是在氧化OER反应下。金属氧化物载体更稳定、更耐电化学氧化，为纳米催化剂提供强大的金属-载体相互作用，因此被认为是多相催化中很有前景的基质。TiO₂在碱性和酸性导电中都具有良好的化学稳定性，是一种广泛使用的催化剂载体。然而，TiO₂载体的低电导率阻碍了所需的有效电子传输，并限制了相应电催化剂的活性。引入氧空位(OV)可以提高金属氧化物导电性，还可以加强金属-载体相互作用，提高负载型纳米催化剂的稳定性。另一方面，金属基材料，如NiFe合金、NiFe氢氧化物、金属磷化物、金属硫化物等，已被广泛报道为碱性溶液电解中的高效电催化剂。例如专利：一种Mg掺杂的NiFe基(氧)氢氧化物的制备方法及其析氧电催化应用(202210732750.2)，该方案选用泡沫铁为基底负载镍铁，由于金属泡沫载体容易发生电化学氧化，尤其是在氧化OER反应下，影响催化剂的稳定性和导电性。

发明内容

本发明的目的在于针对NiFe基电催化剂催化活性和稳定性有待进一步提高的问题，提出一种TiO₂负载的NiFe纳米片电催化剂的制备方法及其应用。该方法采用含有氧空位的TiO₂纳米管为基底，即先将钛网阳极氧化得到TiO₂纳米管，然后在氢/氩氛围中将其加热煅烧制得含有氧空位的TiO₂纳米管。本发明用于电催化析氧反应，具有OER过电位低，催化活性位点更多，析氧电催化活性更好等优点，同时在连续运行下表现出优异的稳定性，在未来能源行业应用前景广阔。

本发明的技术方案为：

一种TiO₂负载NiFe电解水催化剂的制备方法，该方法包括如下步骤：

(1)钛网的处理：

选择两电极体系，以经过预处理的钛网作为工作电极，碳棒作为对电极,插入到电解液中，恒电压15-25V，时间1～5h；