阳极及其制备方法、电解水装置制造方法及图纸

技术编号:35694043 阅读:17 留言:0更新日期:2022-11-23 14:43
本申请涉及电化学领域,提供了一种阳极的制备方法,包括:提供含二氧化钛纳米管阵列层的基体;在二氧化钛纳米管阵列层表面生长催化层;在催化层表面生长阻挡层,阻挡层用于阻挡氯离子。本申请通过在含二氧化钛纳米管阵列层的基体表面生长催化层和阻挡层,制备得到在电解水过程中具有析氧选择性的阳极,从而抑制析氯反应的发生。氯反应的发生。氯反应的发生。

【技术实现步骤摘要】
阳极及其制备方法、电解水装置


[0001]本申请属于电化学
,尤其涉及一种阳极及其制备方法,以及一种电解水装置。

技术介绍

[0002]氢作为一种清洁能源,具有燃烧热值高、储量丰富的优点,其被认为是替代化石能源的最佳能源载体。电解水制氢具有产氢纯度高的优势而被广泛采用。海水由于资源丰富、导电性好,十分契合电解水制氢的需求。但是直接电解海水制氢,阳极存在析氧反应(oxygen evolution reaction,简称OER)与析氯反应(chlorine evolution reaction,简称CER)的竞争。CER反应会产生大量的活性氯物质,如氯气、次氯酸等,会对环境造成污染,也会对设备造成腐蚀,因此直接电解海水制氢需要抑制析氯反应的进行。

技术实现思路

[0003]本申请的目的在于提供一种阳极及其制备方法,以及一种电解水装置,旨在解决电解海水制氢时容易析出活性氯物质的问题。
[0004]为实现上述申请目的,本申请采用的技术方案如下:
[0005]第一方面,本申请提供一种阳极的制备方法,包括:提供含二氧化钛纳米管阵列层的基体;在所述二氧化钛纳米管阵列层表面生长催化层;在所述催化层表面生长阻挡层,所述阻挡层用于阻挡氯离子。
[0006]进一步地,所述催化层包括掺杂第一掺杂元素的二氧化铱催化层,所述第一掺杂元素包括锡元素。
[0007]进一步地,所述在所述二氧化钛纳米管阵列层表面生长催化层包括:采用热氧化法在所述二氧化钛纳米管阵列层表面生长所述催化层。
[0008]进一步地,采用热氧化法在所述二氧化钛纳米管阵列层表面生长所述二氧化铱催化层,包括如下步骤:采用铱源和锡源溶解于有机溶剂中制备混合溶液;将所述混合溶液在所述二氧化钛纳米管阵列层表面进行成膜处理,得到含锡掺杂的湿膜层;对所述湿膜层进行干燥处理,得到干膜层;对所述干膜层进行热氧化处理,得到所述二氧化铱催化层。
[0009]进一步地,所述阻挡层包括掺杂第二掺杂元素的二氧化锰阻挡层,所述第二掺杂元素包括钼元素、铁元素和钨元素中的至少一种。
[0010]进一步地,所述在所述催化层表面生长阻挡层包括:采用电沉积法在所述催化层表面生长所述阻挡层。
[0011]进一步地,采用电沉积法在所述催化层表面生长二氧化锰阻挡层,包括如下步骤:制备电解液,所述电解液包含锰源,以及钼源、钨源和铁源三者中的至少一种;以表面生长有所述催化层的所述含二氧化钛纳米管阵列层的基体作为阳极在所述电解液中进行阳极沉积,得到所述二氧化锰阻挡层。
[0012]进一步地,所述电解液中,钼元素与锰元素的摩尔比范围为0~0.03,钨元素与锰
元素的摩尔比范围为0~0.03,铁元素与锰元素的摩尔比范围为0~0.05。
[0013]进一步地,所述提供含二氧化钛纳米管阵列层的基体,包括如下步骤:提供钛基体;对所述钛基体的表面进行预处理;将所述钛基体作为阳极在电解溶液中进行电解;对电解后的所述钛基体进行高温氧化,得到所述含二氧化钛纳米管阵列层的基体。
[0014]第二方面,本申请提供一种阳极,包括依次层叠设置的二氧化钛纳米管阵列层、催化层及阻挡层,所述阻挡层用于阻挡氯离子。
[0015]进一步地,所述催化层包括掺杂第一掺杂元素的二氧化铱催化层,所述第一掺杂元素包括锡元素。
[0016]进一步地,所述阻挡层包括掺杂第二掺杂元素的二氧化锰阻挡层,所述第二掺杂元素包括钼元素、铁元素和钨元素中的至少一种。
[0017]第三方面,本申请提供一种电解水装置,包括阴极和根据本申请第一方面提供的阳极的制备方法制备得到的阳极或本申请第二方面提供的阳极。
[0018]本申请第一方面提供的阳极及其制备方法,通过在含二氧化钛纳米管阵列层的基体表面依次生长催化层和阻挡层,制备得到在电解水过程中具有析氧选择性的阳极,从而抑制析氯反应的发生。具体地,该阳极是利用催化层中的催化材料来起到催化析氧的作用,但是由于催化材料不具有选择性,本申请在催化层的表面再覆盖阻挡层,阻挡层可以阻挡氯离子(Cl

)传输到达中间的催化层,从而实现选择性析氧。同时,本申请以含二氧化钛纳米管阵列层的基体作为导电基底,增加电极的比表面积,提高电极导电性,可以防止导电基底的进一步氧化,避免电极钝化,进而提升电极的稳定性和活性。
[0019]本申请第二方面提供的阳极,其包括层叠设置的含二氧化钛纳米管阵列层、催化层和阻挡层,以二氧化钛纳米管阵列层作为导电基底可以避免电极钝化,提高电极的稳定性和活性,催化层作为活性层起到催化析氧的作用,而在催化层表面生长阻挡层阻挡氯离子传输到达中间的催化层,从而实现选择性析氧,抑制析氯反应的发生。
[0020]本申请第三方面提供的电解水装置,其采用的阳极电极为根据本申请第一方面提供的阳极的制备方法制备得到的阳极或本申请第二方面提供的阳极,在电解水制氢的过程中,该阳极可以选择性析出氧气,而抑制活性氯物质的生成,进而避免对装置造成腐蚀、对环境造成污染。
附图说明
[0021]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0022]图1是本申请实施例1提供的二氧化钛纳米管阵列的扫描电镜图(SEM);
[0023]图2是本申请实施例1提供的含二氧化钛纳米管阵列层的基体(即TNTs基底)与作为对比例的传统钛基底(即Ti基底)的计时电位分析法结果;
[0024]图3是本申请实施例1提供的二氧化铱催化层的扫描电镜图(SEM);
[0025]图4是本申请实施例1至实施例9提供的阳极的析氧选择性测试结果;
[0026]图5是本申请实施例1、实施例3至实施例9提供的阳极的析氧选择性变化图。
具体实施方式
[0027]为了使本申请要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本申请进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请,并不用于限定本申请。
[0028]本申请中,术语“和/或”,描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B的情况。其中A,B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0029]本申请中,“至少一个”是指一个或者多个,“多个”是指两个或两个以上。“以下至少一项(个)”或其类似表达,是指的这些项中的任意组合,包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如,“a,b,或c中的至少一项(个)”,或,“a,b,和c中的至少一项(个)”,均可以表示:a,b,c,a

b(即a和b),a

c,b

c,或a

b...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阳极的制备方法,其特征在于,包括:提供含二氧化钛纳米管阵列层的基体;在所述二氧化钛纳米管阵列层表面生长催化层;在所述催化层表面生长阻挡层,所述阻挡层用于阻挡氯离子。2.如权利要求1所述的阳极的制备方法,其特征在于,所述催化层包括掺杂第一掺杂元素的二氧化铱催化层,所述第一掺杂元素包括锡元素;和/或,所述在所述二氧化钛纳米管阵列层表面生长催化层包括:采用热氧化法在所述二氧化钛纳米管阵列层表面生长所述催化层。3.如权利要求2所述的阳极的制备方法,其特征在于,采用热氧化法在所述二氧化钛纳米管阵列层表面生长所述二氧化铱催化层,包括如下步骤:采用铱源和锡源溶解于有机溶剂中制备混合溶液;将所述混合溶液在所述二氧化钛纳米管阵列层表面进行成膜处理,得到含锡掺杂的湿膜层;对所述湿膜层进行干燥处理,得到干膜层;对所述干膜层进行热氧化处理,得到所述二氧化铱催化层。4.如权利要求1所述的阳极的制备方法,其特征在于,所述阻挡层包括掺杂第二掺杂元素的二氧化锰阻挡层,所述第二掺杂元素包括钼元素、铁元素和钨元素中的至少一种;和/或,所述在所述催化层表面生长阻挡层包括:采用电沉积法在所述催化层表面生长所述阻挡层。5.如权利要求4所述的阳极的制备方法,其特征在于,采用电沉积法在所述催化层表面生长所述二氧化锰阻挡层的方法包括如下步骤:制备电...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈道毅郭家兴
申请(专利权)人:深圳市弘毅海洋智能装备有限公司
类型:发明
国别省市:

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