一种多金属氢氧化物预催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种多金属氢氧化物预催化剂及其制备方法和应用，选取镍网并清洗；以清洗后的镍网为工作电极、铂网为对电极、饱和甘汞为参比电极，采用电沉积法在镍网上原位生长铬镍锌三金属氢氧化物纳米片；对生长了铬镍锌三金属氢氧化物纳米片的镍网进行清洗和烘干，得到多金属氢氧化物预催化剂；本发明专利技术使用铬镍锌三金属盐，氨水以及镍网原料，可控电沉积生长形成镍网/铬镍锌三金属氢氧化物一体化复合制氧电极，具有工艺过程简单，易于实际控制；得到的电极活性稳定性良好，并且可实现放大生产。产。产。

【技术实现步骤摘要】
一种多金属氢氧化物预催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于廉价金属电催化水分裂领域，具体涉及一种多金属氢氧化物预催 化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近几十年，由于化石能源的不断使用，能源问题和环境问题越来越受到关注。 化石能源使用过程中会释放大量的温室气体，导致全球气候上升进而导致各种极 端天气发生。为了应对这些变化，多个国家出台降低碳排放的法规等。太阳能是 一种绿色能源，同时太阳能可以通过光伏发电和钙钛矿太阳能电池等先进技术转 化为电能利用。然而不尽人意的是，太阳能产生的部分低压电在并网的时候受到 限制，同时太阳能受到昼夜变化的影响，其不稳定，间歇性特点限制了广泛使用。
[0003]发展氢能具有多种优势。传统的氢产生大多来自化石能源化工，导致环境问 题，同时氢气中会存留一些一氧化碳杂质。通过电化学水分解产生氢气可以提高 氢气纯度，同时避免二氧化碳排放。而电化学产生氢气的重点是，该过程使用的 电能来自清洁能源产生的电能还是传统火电厂的电能。当使用绿色能源产生的电 能驱动水分解过程时，产生的氢气可以真正称为绿氢，具有更加持久的未来。
[0004]目前，电解水使用的商业电极材料主要是稀有的贵金属(铂)和贵金属(氧 化铱和氧化钌)氧化物材料。上述这些材料地壳存量少，价格贵，不利于规模化 使用。阳极氧化反应(析氧)相比阴极还原反应(析氢)需要更高的过电势，因 此，探索稳定的制氧电极来匹配制氢电极达到高效率分解水制氢显得更为关键。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种多金属氢氧化物预催化剂及其制备方法和应用，以 降低电解过程的界面阻抗，同时通过部分离子溶出引发缺陷和重构活性表面，产 生有利于在电化学分解水催化领域、能量存储领域和其他光电转换的应用。
[0006]本专利技术采用以下技术方案：一种多金属氢氧化物预催化剂的制备方法，包括 以下步骤：
[0007]选取镍网并清洗；
[0008]以清洗后的镍网为工作电极、铂网为对电极、饱和甘汞为参比电极，采用电 沉积法在镍网上原位生长铬镍锌三金属氢氧化物纳米片；
[0009]对生长了铬镍锌三金属氢氧化物纳米片的镍网进行清洗和烘干，得到多金属 氢氧化物预催化剂；
[0010]其中，电解液的制备方法为：
[0011]按照(0.01～0.06)：1.5：(1.4～1.46)的摩尔比，将铬盐、镍盐和锌盐加入到 纯净水中，制得混合溶液；
[0012]待铬盐、镍盐和锌盐完全溶解后，向混合溶液中加入氨水，得到电解液。
[0013]进一步地，在电解液中，金属锌和金属铬的摩尔量之和、与金属镍的摩尔量 相等。
[0014]进一步地，金属锌、金属铬和金属镍的摩尔量之和、与氨水的体积比为3:5； 其中，摩尔量之和的单位为毫摩，体积单位为毫升。
[0015]进一步地，镍盐为六水硝酸镍、七水硫酸镍或氯化镍；
[0016]锌盐为六水硝酸锌、硫酸锌或氯化锌；
[0017]铬盐为九水硝酸铬、六水硫酸铬或六水硝酸铬。
[0018]进一步地，电沉积法的电压为
‑
1.2～
‑
2.4V。
[0019]进一步地，电沉积法的沉积时间为20～300s。
[0020]本专利技术的另一种技术方案：一种多金属氢氧化物预催化剂，采用上述的制备 方法制得；
[0021]其中，铬镍锌三金属氢氧化物纳米片在镍网上的负载量为0.1～1.9mg/cm2；
[0022]铬镍锌三金属氢氧化物纳米片的厚度为5～27nm。
[0023]进一步地，铬镍锌三金属氢氧化物纳米片在镍网上成阵列排布。
[0024]本专利技术的另一种技术方案：一种多金属氢氧化物预催化剂的应用，多金属氢 氧化物预催化剂作为水分解过程中的预催化剂；
[0025]多金属氢氧化物预催化剂采用上述的制备方法制得；
[0026]在水分解过程中，多金属氢氧化物预催化剂表面的铬镍锌三金属氢氧化物纳 米片被重构为羟基氧化镍。
[0027]进一步地，水分解过程中，多金属氢氧化物预催化剂为工作电极，饱和甘汞 电极为参比电极，石墨碳棒为对电极，水分解过程中的电解液为KOH溶液，KOH 溶液为1M。
[0028]本专利技术的有益效果是：本专利技术使用铬镍锌三金属盐，氨水以及镍网原料，可 控电沉积生长形成镍网/铬镍锌三金属氢氧化物一体化复合制氧电极，具有工艺过 程简单，易于实际控制；得到的电极活性稳定性良好，并且可实现放大生产。
附图说明
[0029]图1为本专利技术镍网经电沉积过程后表面生成铬镍锌三金属氢氧化物纳米片阵 列的结构示意图。
[0030]图2为本专利技术实施例中镍网/铬镍锌三金属氢氧化物的X射线衍射图；
[0031]图3为本专利技术实施例中镍网/铬镍锌三金属氢氧化物电极的扫描电子显微镜 图；
[0032]图4为本专利技术实施例中镍网/铬镍锌三金属氢氧化物电极的透射电子显微镜 图；
[0033]图5为实施例1与比较例1得到镍网/铬镍锌三金属氢氧化物电极的线性扫描 伏安曲线对比图；
[0034]图6为实施例1与比较例1得到镍网/铬镍锌三金属氢氧化物电极的塔菲尔曲 线对比图；
[0035]图7为实施例1与比较例1得到镍网/铬镍锌三金属氢氧化物电极的阻抗对比 图；
[0036]图8为实施例1的电极在500圈循环伏安测试前后的线性扫描伏安曲线图；
[0037]图9为实施例1的电极在测试电化学前后的拉曼光谱图；
[0038]图10为实施例1的电极在测试电化学催化后的高分辨投射电镜图；
[0039]图11为实施例1的电极前四次未阻抗矫正线性伏安曲线比较图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0041]过渡金属氢氧化物具有良好的化学物理稳定性，良好的催化性能和低廉的价 格引起了人们的关注。镍锌金属氢氧化物作为一种重要的催化剂被广泛研究，但 是进一步提高这种催化剂的性能十分迫切。引入外来元素调控催化材料的电子结 构，催化过程自重构过程构建稳定活性表面都是十分有效的策略。合适支撑材料 的选择是制备高性能电极材料的关键。将活性物质通过导电胶粘贴会引起材料性 能的极大降低。将活性材料直接生长在碳布，碳纸，镍网上，可以很大程度增强 性能。基于上述多方面考量，本专利技术设计简单方便的方案，实现多金属氢氧化物 电极的快速制备和表面活化过程，构建稳定高效的水分解电极。本专利技术选择多孔 大面积导电载体做集流体，同时引入多金属氢氧化物，构建载体和催化中心具有 强相互作用的镍网/铬镍锌三金属氢氧化物一体化电极。
[0042]本专利技术公开了一种多金属氢氧化物预催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0043]选取镍网并清洗；以清洗后的镍网为工作电极、铂网为对电极、饱和甘汞为 参比电极，采用电沉积法在镍网上原位生长铬镍锌三金属氢氧化物纳米片；对生 长了铬镍锌三本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多金属氢氧化物预催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：选取镍网并清洗；以清洗后的镍网为工作电极、铂网为对电极、饱和甘汞为参比电极，采用电沉积法在所述镍网上原位生长铬镍锌三金属氢氧化物纳米片；对生长了铬镍锌三金属氢氧化物纳米片的镍网进行清洗和烘干，得到多金属氢氧化物预催化剂；其中，所述电解液的制备方法为：按照(0.01～0.06)：1.5：(1.4～1.46)的摩尔比，将铬盐、镍盐和锌盐加入到纯净水中，制得混合溶液；待铬盐、镍盐和锌盐完全溶解后，向所述混合溶液中加入氨水，得到所述电解液。2.如权利要求1所述的一种多金属氢氧化物预催化剂的制备方法，其特征在于，在所述电解液中，金属锌和金属铬的摩尔量之和、与金属镍的摩尔量相等。3.如权利要求2所述的一种多金属氢氧化物预催化剂的制备方法，其特征在于，金属锌、金属铬和金属镍的摩尔量之和、与氨水的体积比为3:5；其中，摩尔量之和的单位为毫摩，体积单位为毫升。4.如权利要求1
‑
3任一所述的一种多金属氢氧化物预催化剂的制备方法，其特征在于，所述镍盐为六水硝酸镍、七水硫酸镍或氯化镍；所述锌盐为六水硝酸锌、硫酸锌或氯化锌；所述铬盐为九水硝酸铬、六水硫酸铬或六水硝酸铬。5.如权利要求4所述的一种多金属氢氧化物预催...

【专利技术属性】
技术研发人员：张军军，李梦洋，李祥，刘格，冯晓华，王媛媛，靳长清，扈琳，
申请(专利权)人：西安工业大学，
类型：发明
国别省市：