一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料、电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料、电极及其制备方法，属于水的电化学裂解技术领域。该电极材料的制备方法包括以下步骤：S01，在铁镍泡沫上化学气相沉积硒粉，得到铁镍硒氧化物；S02，电化学剥离。本专利的用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料的制备方法，具有以下优点：1，制备过程可重复性高，可以放大生产。2，制备获得的样品具有较高的电催化产氧与全解水活性。3，制备的样品具有超长稳定性，不易脱落。不易脱落。不易脱落。

【技术实现步骤摘要】
一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料、电极及其制备方法


[0001]本专利技术属于水的电化学裂解
，具体涉及一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料、电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]随着日益突出的环境和能源问题，发展可持续型和环境友好型的能源转换和储存技术是人们关注的问题之一。水的电化学裂解是从可再生能源中获得清洁燃料的一种很有前途的方法。水的裂解反应包含了析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，其中缓慢的阳极析氧反应(OER)阻碍了水分解系统的发展，而提高能量转换效率的主要方法之一是开发合适的催化剂。目前，Ir基和Ru基材料被认为是最有效的OER催化剂，但考虑到原材料的成本和稀缺性，这些贵金属的大规模应用在经济上是不可行的。因此，我们需要去开发高效、经济的非贵金属电催化剂。为此，人们探索了许多电催化剂，包括过渡金属材料、磷化物、硼化物、金属氧化物、金属氢氧化物和非金属催化剂。
[0003]其中，镍基和钴基氧化物和氢氧化物被认为是碱性介质中高效的OER催化剂。与镍基钴基材料相比，铁比镍和钴便宜很多，并且它是仅次于铝的地球上第二大含量的金属，但铁基材料表现出的OER活性较低。所以探索高效稳定的富含铁的OER催化剂是目前研究的一大挑战。大量的报告研究表明，铁的存在可以改变镍基材料的电子结构和氧化还原电位，有利于提高其对OER的电催化活性。然而，镍和铁基氧化物/氢氧化物的电导率较差，这极大地限制了OER活性的进一步提高。而过渡金属基硒化物由于其比相应的金属氧化物具有更高的电导率，且其丰富的价态会导致不同的相，具有独特的电子结构和丰富的活性中心而引起人们的关注。例如：Xuan等人在2018年报道提到通过对金属有机框架(MOFs)和硒粉末的水热处理，合成了镍铁基硒化物(Ni
‑
Fe
‑
Se)1。与镍铁基氧化物相比，镍铁基硒化物(Ni
‑
Fe
‑
Se)更有利于提高电子电导率，降低电荷转移电阻，促进了较高的镍氧化价的形成。
[0004]Haiqing Zhou等人于2016年报道了一种NiSe2/Ni催化剂2。它的合成是在直径为3/4in的石英管炉中进行的。将起始泡沫镍切成面积约1.0cm2的小块，将其放置在管式炉的中心。采用硒粉(99.5％，Alfa Aesar)作为硒源，放在管式炉的上游。在加热管式炉之前，引入600sccm的Ar气体进入腔室，以净化系统1小时。然后将管式炉以30℃/min的加热速率设定到所需的温度(450℃
‑
600℃)，并在此温度下保持1小时。生长后，样品在Ar气流的保护下自然冷却至室温。通过该方法制备获得的NiSe2/Ni催化剂，Tafel斜率为49mV/dec，具有的阴极电流密度(100mA/cm2对应
‑
196mV，10mA/cm2对应
‑
143mV)，在2000次CV循环后和68000s(约18.89h)时间电流测试均保持良好稳定性。
[0005]Changqin Zhang等人在2020年报道了一种铁掺杂的NiSe2全解水催化剂3。将泡沫铁镍在0.5M H2C2O4溶液，60℃的环境浸泡30min，浸泡后在泡沫铁镍表面骨架上形成(Ni，Fe)2C2O4·
2H2O。将其用去离子水、乙醇冲洗干净后干燥。将干燥后的样品放置在管式炉中心，同时放置1.0g硒粉(纯度99.5％)。在加热前以氩气充气30分钟，用来清除炉内的杂质气
体。以10℃/min升温速率从室温升到350℃并在350℃下保持1h，自然降温。其样品电流密度为10mA cm
‑2时，其HER过电位为145mV，OER过电位为135mV，全解水稳定性较差，仅在6h内保持稳定。
[0006]参考文献
[0007]1.Xuan，C.et al.Composition
‑
dependent electrocatalytic activities of NiFe
‑
based selenides for the oxygen evolution reaction.Electrochimica Acta 291，64
–
72(2018).
[0008]2.Zhou，H.et al.One
‑
step synthesis of self
‑
supported porous NiSe 2/Ni hybrid foam:An efficient 3D electrode for hydrogen evolution reaction.Nano Energy 20，29
–
36(2016).
[0009]3.Zhang，C.，Zhang，Y.，Zhou，S.&Li，C.Self
‑
supported iron
‑
doping NiSe2 nanowrinkles as bifunctional electrocatalysts for electrochemical water splitting.J.Alloys Compd.818，152833(2020).

技术实现思路

[0010]针对催化剂易脱落，电催化产氧与全解水性能仍有待提升，制备的样品的稳定性有待提升的问题，本专利技术提出了一种新的用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料的制备方法。
[0011]三维多孔结构可以提供更大的比表面积、更多的快速传质和气体释放通道。在本专利中，泡沫镍铁作为催化剂衬底是一种自支撑结构，与传统的含有碳和粘合剂的催化剂涂层电极相比，表现出更好、更稳定的性能。
[0012]总的来说，电催化水分解极具前景，开发具有超高稳定性和高活性的自支撑全解水镍铁基电催化剂极具挑战性。
[0013]本专利技术的第一方面在于公开一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0014]S01，在铁镍泡沫上化学气相沉积硒粉，得到铁镍硒氧化物；
[0015]S02，对S01得到的铁镍硒氧化物进行电化学剥离。
[0016]在本专利技术优选的一些实施方式中，S01中，所述铁镍泡沫中铁的重量含量为65
‑
75％，镍的重量含量为25
‑
35％，所述铁镍泡沫与硒粉的重量比为(0.02
‑
0.03)：1。
[0017]在本专利技术优选的一些实施方式中，S01中，所述铁镍泡沫在化学气相沉积硒粉处理之前经过了挤压步骤，挤压前的孔径为93
‑
97PPI，孔隙率95
‑
97％，通孔率94
‑
96％，体积密度0.24
‑
0.26g
·
cm3，尺寸为5
×
13
×
1.6mm(宽
×
长
×
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S01，在铁镍泡沫上化学气相沉积硒粉，得到铁镍硒氧化物；S02，对S01得到的铁镍硒氧化物进行电化学剥离。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S01中，所述铁镍泡沫中铁的重量含量为65
‑
75％，镍的重量含量为25
‑
35％，所述铁镍泡沫与硒粉的重量比为(0.02
‑
0.03)：1。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，S01中，所述铁镍泡沫在化学气相沉积硒粉处理之前经过了挤压步骤，挤压前的孔径为93
‑
97PPI，孔隙率95
‑
97％，通孔率94
‑
96％，体积密度0.24
‑
0.26g
·
cm3，尺寸为5
×
13
×
1.6mm(宽
×
长
×
厚)，挤压至0.2
‑
0.5mm(厚)。4.根据权利要求1
‑
3所述的制备方法，其特征在于，S01中，所述铁镍泡沫在化学气相沉积硒粉处理之前还经过了乙醇超声清洗和干燥的步骤。5.根据权利要求1
‑
3所述的制备方法，其特征在于，S01中，所述化学气相沉积在管式炉进行；和/或，S01中，所述化学气相沉积的硒粉至少部分涂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王珏，李智，冯丽蓓，张广耀，陈玮，张勤芳，
申请(专利权)人：盐城工学院技术转移中心有限公司，
类型：发明
国别省市：