一种用于海水电解制氢阳极电催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于海水电解制氢阳极电催化剂，所述阳极电催化剂以Ba

【技术实现步骤摘要】
一种用于海水电解制氢阳极电催化剂及其制备方法


[0001]本专利技术涉及催化剂的
，尤其涉及一种用于海水电解制氢阳极电催化剂及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有以BSCF为基体的复合催化剂且可用于电解(海)水的有BSCF与Ce
0.9
Gd
0.1
O2‑
δ
(GDC)、BSCF与碳量子点的复合等。为了防止或减缓BSCF在长时间的OER测试及稳定性测试中催化剂表面非晶层的扩散，以及达到提高复合材料的析氧性能目的。其中，BSCF与Ce
0.9
Gd
0.1
O2‑
δ
(GDC)的复合技术方案：如BSCF
‑
GDC
‑
NR催化剂就是将制备好的GDC与BSCF的硝酸盐前驱体溶液搅拌混合均匀后，采用静电纺丝的方法制备出的GDC负载的BSCF纳米棒(Nanorod，NR)结构。这种合成方案的优点是合成的产物相较于原始的BSCF、GDC的比表面积显著增大，析氧性能提高，电解稳定性也大幅提高，但其不足是静电纺丝的周期较长、量产困难，不利于大规模利用。另外，BSCF与碳量子点的复合技术方案：如CQDs@BSCF
‑
NFs(carbonquantumdots,CQDs)，其中，BSCF
‑
NFs(nanofibers，NFs)是通过静电纺丝的方式获得的，碳量子点的获取就复杂很多。这个材料的合成方案优点是，能大幅提高基体BSCF的析氧性能，缺点是工艺过于复杂，大规模生成的潜力明显受到局限，无法为高效、节能的析氧性能做出更大的贡献。
[0003]Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
(BSCF)氧催化剂因其较高氧空位浓度、较快的氧反应速率及最优的共价电子排布而具有优异的OER活性。然而，BSCF的缺点也很明显，如BSCF在长时间的OER测试及稳定性测试中催化剂表面非晶层的扩散问题，A位离子的偏析及其在碱性溶液下易与OH
‑
形成相应的难溶的氢氧化物等，都是影响其析氧性能和稳定性性能的重要影响因素，而析氧性能及稳定性性能在电解(海)水以制备清洁能源的问题上具有非常重要的意义。
[0004]我们知道，地球上的海水资源约占世界水储备的97％，而淡水资源相对来说就匮乏很多；然而，因为海水电解通常是在碱性条件下且海水中存在大量各种金属阳离子(如Mg
2+
、Ca
2+
、Na
+
等)、阴离子(如F
‑
、Cl
‑
、I
‑
等，尤其是Cl
‑
与OH
‑
在阳极的竞争关系)、各种微生物、悬浮物、杂质等，会对电解的阳极材料产生影响，因此，对于海水的电解比淡水的电解更具挑战性；且海水电解一般是在碱性条件下(溶液pH>7.5)，电解电压不宜超过易发生次氯酸根形成的1.72V(相对于可逆氢电极)阈值，因为次氯酸根对电极材料具有很强的腐蚀作用，这要求阳极材料必须具有良好的析氧性能及优异的稳定性。

技术实现思路

[0005]鉴于以上现有技术的不足之处，本专利技术提供了一种用于海水电解制氢阳极电催化剂，以解决现有Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
(BSCF)氧催化剂，其析氧性能及稳定性性能低下得问题，使其满足海水电解制氢过程中对阳极电催化剂的高性能要求。
[0006]为达到以上目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种用于海水电解制氢阳极电催化剂，所述阳极电催化剂以Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
为钙钛矿基体材料，所述Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
材料表面依次负载有CeO2和NiFe
‑
LDH(又称为NiFe水滑石)。为了防止产生含Sr的杂相,所述Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
材料表面负载CeO2前先进行聚丙烯酰胺(PAM)的包覆处理；所述聚丙烯酰胺在后续煅烧过程中得以除去。本专利技术的阳极电催化剂，在碱性溶液中对OER(氧析出反应)表现出更好的电催化活性；在大电流密度下，如100mA
·
cm
‑2，比原始的NiFe
‑
LDH、BSCF、CeO2具有更低的析氧过电位及更佳的稳定性。
[0008]优选地，所述CeO2在阳极电催化剂中的含量为4wt％～25wt％；所述NiFe
‑
LDH在阳极电催化剂中的含量为21wt％～86wt％。
[0009]本专利技术的另外一个方面是提供一种如上述的用于海水电解制氢阳极电催化剂的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
[0010]步骤S1：按照化学计量比称取硝酸钡、硝酸锶、硝酸钴和硝酸铁，然后加入柠檬酸和EDTA，采用溶胶凝胶法合成Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
，再进行球磨操作，产物简记为BSCF(5582)；
[0011]步骤S2：将一定量的BSCF(5582)粉末溶于少量酒精(～1mL)，再加入去离子水中，室温搅拌，缓慢加入聚丙烯酰胺(PAM)水溶液并继续搅拌0.5～1h，离心过滤，得到产物BSCF@PAM；本专利技术PAM的预处理可有效预防或减缓BSCF基体材料A位离子的偏析及其在碱性溶液下易与OH
‑
结合形成相应的难溶的氢氧化物，从而进一步增大所制备催化剂材料的比表面积，提高其催化活性；
[0012]步骤S3：将步骤S2得到的产物BSCF@PAM重新置于去离子水中，40～80℃水浴搅拌，缓慢分别加入一定量的硝酸铈六水合物溶液和氢氧化钠水溶液，继续搅拌，随后将产物离心过滤，于烘箱中干燥，最后将干燥的产物于马弗炉中煅烧，得到产物,简记为BSCF@CeO2；
[0013]步骤S4：将步骤S3得到的一定量上述BSCF@CeO2加入到去离子水中，40～80℃水浴搅拌，缓慢分别加入一定量的硝酸铁和硝酸镍水合物溶液及氢氧化钠和碳酸钠溶液，继续搅拌，随后将产物离心过滤，于烘箱中干燥，即得所述阳极电催化剂最终产物，简记为BSCF@CeO2@NiFe
‑
LDH。专利技术人通过上述钙钛矿基催化剂的复合掺杂处理，可显著提高其析氧反应的效率，改善复合类催化剂的活性及稳定性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于海水电解制氢阳极电催化剂，其特征在于，所述阳极电催化剂以Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
为钙钛矿基体材料，所述Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
材料表面依次负载有CeO2和NiFe
‑
LDH。2.如权利要求1所述的用于海水电解制氢阳极电催化剂，其特征在于，所述CeO2在阳极电催化剂中的含量为4wt％～25wt％；所述NiFe
‑
LDH在阳极电催化剂中的含量为21wt％～86wt％。3.一种如权利要求1或2任一项所述的用于海水电解制氢阳极电催化剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤S1：按照化学计量比称取硝酸钡、硝酸锶、硝酸钴和硝酸铁，然后加入柠檬酸和EDTA，采用溶胶凝胶法合成Ba
0.5
Sr
0.5
Co
0.8
Fe
0.2
O3‑
δ
，再进行球磨操作，产物简记为BSCF；步骤S2：将一定量的BSCF粉末溶于少量酒精，再加入去离子水中，室温搅拌，缓慢加入聚丙烯酰胺水溶液并继续搅拌0.5～1h，离心过滤，得到产物BSCF@PAM；步骤S3：将步骤S2得到的产物BSCF@PAM重新置于去离子水中，40～80℃水浴搅拌，缓慢分别加入一定量的硝酸铈六水合物溶液和氢氧化钠水溶液，继续搅拌，随后将产物离心过滤，于烘箱中干燥，最后将干燥的产物于马弗炉中煅烧，得到产物,...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗鹤，刘付越，袁金良，户睿淦，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：