基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极制备方法及其制备的电极技术

本发明专利技术涉及一种电解水氧析出电极及其制备方法，尤其涉及一种基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极及其制备方法；包括如下步骤：1)将钴盐和硫氰酸盐溶于水中，配制成混合溶液；2)将步骤1)配制的水溶液作为电解液，以导电基底作为电极，通过电沉积技术在导电基底上生长硫化钴材料,将制备的硫化钴取出，冲洗、干燥。本发明专利技术采用步骤简单，条件温和的电沉积技术在导电基体上制备出三维硫化钴氧析出电极。该电极具有三维结构的微观形貌，不但具有较大的反应比表面积可以在电解质溶液中暴露出更多的活性位点参与氧析出反应，而且有利于催化过程中电子的传输和氧气气泡的快速逸出，从而表现出优良的氧析出催化性能和稳定性。

【技术实现步骤摘要】
基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极制备方法及其制备的电极
本专利技术涉及一种电解水氧析出电极及其制备方法，尤其涉及一种基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极及其制备方法。
技术介绍
电解水是制备氢气的重要方法，氧气析出反应是电解水的重要组成部分。然而，氧析出反应涉及四电子转移步骤电极的动力学极其缓慢，导致氧析出的过电位增加，从而使电解过程中的能量损失严重，使得生产氢气的成本过大。因此，需要使用高效的电极来降低氧析出反应的过电位。铱及其氧化物材料是目前氧析出反应中最常用的电极，但其价格昂贵、资源有限且稳定性不佳，严重阻碍了电解水产业的发展。因此，研究出高活性、廉价且稳定的氧析出电极对于大规模的电解水应用具有重要意义。三维电极在氧析出反应中具有突出的优点：首先，三维电极能够提供较大的电化学活性比表面参与氧析出反应；其次，电极特殊的三维结构能够为氧析出过程中产生的氧气气泡提供了快速的传输通道。目前，制备硫化钴材料常用的方法为高温转换法或水热法，但这些制备方法能耗高，且无法实现三维电极的构建。因此，研究一种操作简单、稳定可控的方法来制备三维硫化钴，特别是硫化钴氧析出电极显得十分必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极及其制备方法，原材料来源丰富、制备方法简单、价格低廉。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极及其制备方法，该方法是以钴盐和硫氰酸盐的混合溶液作为电解液，通过电沉积方法在导电基底上制备硫化钴材料，从而获得所述基于三维硫化钴的氧析出电极。进一步，该方法具体包括如下步骤：1)将钴盐和硫氰酸盐溶于水中，配制成混合溶液；2)将步骤1)配制的混合溶液作为电解液，以导电基底作为工作电极，通过电沉积方法在导电基底上生长硫化钴材料，冲洗、干燥后获得所述的三维硫化钴氧析出电极。进一步，所述步骤1)中，钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴或醋酸钴中的至少一种。进一步，所述步骤1)中，硫氰酸盐为硫氰酸纳、硫氰酸钾或硫氰酸铵中的至少一种。进一步，所述步骤1)中，配置的混合溶液中钴盐浓度为0.01～0.50mol/L，硫氰酸盐浓度为0.04～2.0mol/L。进一步，所述步骤2)中，导电基底为镍网、钛网、钛片、铜片或不锈钢片，所述导电基底的面积为0.2×0.2cm2～1.0×1.0cm2。进一步，所述步骤2)中，所述电沉积方法为计时电流法、计时电位法或循环伏安法。进一步，采用计时电流法时，电位区间为-0.5～-1.5V，反应时间为5～2400s；采用计时电位法时，反应电流密度为0.5～2.5mA/cm2，反应时间为10～1800s；采用循环伏安法时，电位范围为-2.5～-0.25V，扫描速率为2～30mV/s，扫描圈数为1～18。进一步，所述步骤2)中，将硫化钴材料取出后，用纯水冲洗3～10次，然后在室温下干燥8～24小时。本专利技术还提供一种利用上述方法制备的三维硫化钴氧析出电极。进一步，该电极包括金属基底和其上生长的由硫化钴纳米片组成的三维纳米花状结构。本专利技术的有益效果在于：本专利技术以钴盐和硫氰酸盐为原料，采用步骤简单，条件温和的电沉积技术在导电基体上制备出三维硫化钴氧析出电极。该电极具有三维结构的微观形貌，不但具有较大的反应比表面积可以在电解质溶液中暴露出更多的活性位点参与氧析出反应，而且有利于催化过程中电子的传输和氧气气泡的快速逸出，从而表现出优良的氧析出催化性能和稳定性。本专利技术制备方法简单，温和易控，操作方便，且环境友好。本专利技术具有极高的实用价值，所制备的三维硫化钴氧析出电极能够代替铂和铂系贵金属用于工业化大规模电解水制氧。附图说明为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图：图1为实施例1制备的三维硫化钴氧析出电极的扫描电镜图；图2为实施例1制备的三维硫化钴氧析出电极和氧化铱/碳电极在1MKOH溶液中的极化曲线比较图；图3为实施例1制备的三维硫化钴氧析出电极在1MKOH溶液中的稳定性图；图4为实施例2制备的三维硫化钴氧析出电极的扫描电镜图；图5为实施例2制备的三维硫化钴氧析出电极和氧化铱/碳电极在1MKOH溶液中的极化曲线比较图；图6为实施例2制备的三维硫化钴氧析出电极在1MKOH溶液中的稳定性图；图7为实施例3制备的三维硫化钴氧析出电极的扫描电镜图；图8为实施例3制备的三维硫化钴氧析出电极和氧化铱/碳电极在1MKOH溶液中的极化曲线比较图；图9为实施例3制备的三维硫化钴氧析出电极在1MKOH溶液中的稳定性图。具体实施方式下面将结合附图，对本专利技术的优选实施例进行详细的描述,但所举实施例不作为对本专利技术的限定。优选实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照试剂制造厂商所建议的条件进行。基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极及其制备方法，包括如下步骤：1)将钴盐和硫氰酸盐溶于水中，配制成混合溶液；所述钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴或醋酸钴中的至少一种；所述硫氰酸盐为硫氰酸纳、硫氰酸钾或硫氰酸铵中的至少一种；钴盐浓度为0.01～0.50mol/L，硫氰酸盐浓度为0.04～2.0mol/L。2)将步骤1)配制的水溶液作为电解液，以导电基底作为电极，通过电沉积技术在导电基底上生长硫化钴材料。所述导电基底为镍网、钛网、钛片、铜片或不锈钢片，面积为0.2×0.2cm2～1.0×1.0cm2。所述电沉积技术为计时电流法、计时电位法或循环伏安法。采用计时电流法时，电位区间为-0.5～-1.5V，反应时间为5～2400s；采用计时电位法时，反应电流密度为0.5～2.5mA/cm2，反应时间为10～1800s；采用循环伏安法时，电位范围为-2.5～-0.25V，扫描速率为2～30mV/s，扫描圈数为1～18。3)将步骤2)制备的硫化钴取出，用纯水冲洗3～10次，然后在室温下干燥8～24小时后获得三维硫化钴氧析出电极。实施例1本实施例的基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极及其制备方法，包括以下步骤：1)将硫酸钴和硫氰酸钾溶于水中，硫酸钴和硫氰酸钾的浓度分别为0.05mol/L和0.2mol/L；2)将步骤1)配制的水溶液作为电解液，以0.5×0.5cm2的钛片作为导电基底，采用计时电流法在导电基底上生长硫化钴材料，控制电位为-0.95V(参照饱和甘汞电极)，时间为1200s；3)将步骤2)制备的三维硫化钴氧析出电极用纯水冲洗10次，然后在室温下干燥8小时。图1为实施例1制备的三维硫化钴氧析出电极的扫描电镜图；从图中可以清晰的看出材料为纳米片组成的三维纳米花状结构。图2为实施例1制备的三维硫化钴氧析出电极和氧化铱/碳电极在1MKOH溶液中的极化曲线比较图，发现和氧化铱/碳电极相比，三维硫化钴氧析出电极表现出更负的起始电位和更大的电流密度，说明三维硫化钴氧析出电极具有高效的氧析出催化性能。图3为实施例1制备的三维硫化钴氧析出电极在1MKOH溶液中的稳定性图，从图中可以看出，硫化钴氧析出电极在碱性溶液中可保持氧析出活性达20小时且无明显下降，说明三维硫化钴氧析出电极适具有较高的稳定性。上述实验数据表明，实施例1制备的三维硫化钴氧析出电极具有优良的氧析出催化性能和稳定性，可替代昂贵的铱及其氧化物电极，作为氧析出电极使用。实施例2本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极的制备方法，其特征在于,包括如下步骤：1)将钴盐和硫氰酸盐溶于水中，配制成混合溶液；2)将步骤1)配制的混合溶液作为电解液，以导电基底作为工作电极，通过电沉积方法在导电基底上生长硫化钴材料，从而获得所述的三维硫化钴氧析出电极。

【技术特征摘要】
1.基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极的制备方法，其特征在于,包括如下步骤：1)将钴盐和硫氰酸盐溶于水中，配制成混合溶液；2)将步骤1)配制的混合溶液作为电解液，以导电基底作为工作电极，通过电沉积方法在导电基底上生长硫化钴材料，从而获得所述的三维硫化钴氧析出电极。2.如权利要求1所述的基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，钴盐为氯化钴、硝酸钴、硫酸钴或醋酸钴中的至少一种。3.如权利要求1所述的基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，硫氰酸盐为硫氰酸纳、硫氰酸钾或硫氰酸铵中的至少一种。4.如权利要求1所述的基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，配置的混合溶液中钴盐浓度为0.01～0.50mol/L，硫氰酸盐浓度为0.04～2.0mol/L。5.如权利要求1所述的基于电沉积技术的三维硫化钴氧析出电极的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，导电基底为镍网、钛网、钛片、铜片或不锈钢片，所述导电基底的面积为0.2×0.2cm2～1.0×...

【专利技术属性】
技术研发人员：李长明，南开开，杜洪方，苏兰，
申请(专利权)人：西南大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50