[发明专利]一种镍铁羟基氧化物析氧电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镍铁羟基氧化物析氧电极及其制备方法，涉及电解水制氢领域。该电极由导电基底和脱除高价金属后的镍铁羟基氧化物组成。该方法通过镍盐、铁盐和高价金属M盐(M＝铬、钼、钨)的水热反应，在导电基底上原位生长出镍铁M复合氧化物，然后通过电化学方法，施加正电位阳极氧化过程脱除镍铁M复合氧化物中的高价金属M元素，进而实现镍铁复合氧化物晶相和价态改变，形成镍铁羟基氧化物析氧电极。在本发明中，水热生成的镍铁M复合氧化物为形成镍铁羟基氧化物提供了镍铁元素库，并在脱除高价金属元素后暴露出大量析氧活性位点，形成了富缺陷、高活性镍铁羟基氧化物析氧电极，可用于电解水制氢领域。

技术领域

本发明属于电解水制氢领域，具体涉及一种镍铁羟基氧化物析氧电极及其制备方法。

背景技术

近年来，由于化石能源的大规模使用所造成的能源枯竭和环境污染问题日益严重，人类对可再生的清洁能源的需求更为迫切。氢能作为高效的清洁能源已经广泛熟知。氢能是零碳排放的绿色能源，具有比热容最大、可再生的特点，可用于氢燃料电池进而将氢能转化为热能加以利用。电解水制氢具有连续性和环保性，是氢能产业的后起之秀，但却潜力无限。可产生高纯氢气和氧气，用以代替化石燃料提供能源。电解水反应由析氢反应(HER)和析氧反应(OER)两个半反应组成，其中，析氧反应的过程中，由于O-H键的断裂以及O-O键的形成所需的四电子转移过程，在动力学上较为迟缓，所以需要一种针对这一反应的催化剂用以降低反应能垒，降低成本。

OER反应催化剂以贵金属催化剂RuO₂、IrO₂为代表，展现了优异的电催化活性和稳定性。然而高成本、低储量的Ru、Ir限制了其在电解水制氢领域的广泛应用。为此，大量科研工作者投身于非贵金属尤其是镍及镍基复合金属的研究。在镍基OER催化剂中，镍铁复合氢氧化物(NiFe-LDH)、镍钼复合氧化物等表现出了较好的OER活性。发明专利CN202210500972.1公开了一种过渡金属硫化物复合氢氧化物电极制备方法及其应用，通过对NiFe-LDH进行非金属硫掺杂，形成硫化物、氢氧化物，调控提高了析氧活性。但是这种硫化物在OER反应过程中不稳定，且硫化物易造成阴极电极催化剂失活，导致电解水性能衰减。专利CN201911249955.X公开了一种3D纳米片-纳米棒混合结构镍钼氧化物的制备方法及应用，利用高价金属钼元素构筑混合结构形成镍钼氧化物，表现出良好的性能。但是这种镍钼基氧化物相比镍铁催化剂催化性能一般。

综上所述，目前没有报道过脱除NiFeM复合氧化物中高价M金属元素后形成同时具有富缺陷、高活性的镍铁羟基氧化物电极。

发明内容

为了是克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，本发明的目的之一就是提供一种镍铁羟基氧化物析氧电极。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：经由水热法在导电基底上原位生长镍铁M复合氧化物，再经由电化学方法脱除高价金属元素，进而形成镍铁羟基氧化物析氧电极。

本发明的目的之二就是提供一种镍铁羟基氧化物析氧电极的制备方法，具体操作方法如下：

(1)利用酸洗、水洗、乙醇洗对导电基底进行前处理，然后放入烘箱干燥后备用；

(2)配制镍铁M金属盐溶液。所述镍盐包括硝酸镍、氯化镍和硫酸镍中的至少一种；所述铁盐包括硝酸铁、氯化铁、硫酸铁中的至少一种；所述高价金属盐包括铬酸钠、钼酸钠、钼酸铵、钨酸钠中的至少一种；使得镍、铁、M的摩尔浓度比为(1-20):(0.1-5):(0.2-50)，使用酸调节pH到3.5以下；

(3)把上述溶液转移到聚四氟乙烯反应釜中，加入一片处理好的导电基底，80-200℃水热反应3-24小时，待其自然冷却到室温后用超纯水反复冲洗干净，放入真空烘箱中40-100℃下干燥2-24小时，得到导电基底上原位生长的镍铁M复合氧化物电极；