一种多元催化电极及其制备方法和电解水制氧的应用技术

一种多元催化电极及其制备方法和电解水制氧的应用，该多元催化电极为基于腐蚀工程表面改性高熵合金电极，采用如下方法制备：包括选择FeCoNiM高熵合金作为电极的导电基底与表面改性时的金属源，加工成基底薄片，并去除基底薄片的表面氧化物层；配制NaOH与NaCl混合溶液；将基底薄片置入装有NaOH和NaCl混合溶液的水热釜内胆中；将水热釜在设定温度下加热设定时长，使基底薄片与NaOH和NaCl混合溶液进行水热反应，高温下基底薄片的FeCoNiM高熵合金与NaOH和NaCl混合溶液发生腐蚀反应并原位生成多元催化活性组分；以及将水热釜冷却至室温，用去离子水和酒精先后冲洗基底薄片表面去除残余溶液，干燥后得到表面改性的FeCoNiM高熵合金电极。本发明专利技术还提供了该多元催化电极电解水制氧的应用。水制氧的应用。水制氧的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种多元催化电极及其制备方法和电解水制氧的应用


[0001]本专利技术涉及无机材料合成技术，特别是一种多元催化电极及其基于腐蚀工程表面改性高熵合金电极的制备方法和电解水制氧应用。

技术介绍

[0002]在生产氢燃料的各种技术中，电解海水技术将电力转化为氢气，将海水转换成淡水，并避免有害气体的排放，是最具前景的能源转化技术之一。然而，析氧反应(Oxygen Evolution Reaction，OER)迟缓的动力学成为该技术的瓶颈，限制了电解海水技术的发展。同时，复杂的电催化剂制备工艺成为推动催化剂大规模工业化生产的主要难题。因此，利用一种简单、高效的工艺制备低成本、高性能并长程稳定的海水裂解OER电催化剂对能源危机的缓解与催化剂的发展十分重要。贵金属Ir、Ru及其氧化物被认为是性能最佳的OER电催化剂，但低储量和高成本限制了其广泛的应用。研究发现一些过渡金属如铁、钴、镍等的合金以及化合物同样具有优异的OER电催化性能，同时此类金属具有大储量、低成本等优点。
[0003]同时，电催化剂制备技术通常需要金属盐作为原料，工艺结束后需要处理含有重金属与硝酸根离子的废液，而且生产的电催化活性组分需要借助粘结剂才能固定至导电基底上。然而，粘结剂不仅会阻碍电催化剂的催化活性，而且会导致电催化剂的寿命受限于粘结剂的质量。这既增加了电催化剂的制造成本，还提高了制备工艺的难度。为缓解淡水资源难题，发展以海水为原料的电催化制氢、制氧技术具有很大的前景，其中制氧技术至关重要，亟需一种简单、高效制备高活性的电催化裂解海水制氧电催化剂的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术碱性海水裂解制氧电极存在的制备过程复杂、条件苛刻和时间长等问题，提供一种多元催化电极及其简单、高效的基于腐蚀工程表面改性高熵合金电极的制备方法和电解水特别是裂解碱性海水制氧应用，以提升FeCoNiM高熵合金电极裂解碱性海水制氧的活性和稳定性。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种多元催化电极的制备方法，其中，基于腐蚀工程表面改性高熵合金电极，包括以下步骤：
[0006]S100、选择FeCoNiM高熵合金作为电极的导电基底与表面改性时的金属源，加工成设定尺寸的基底薄片，并去除所述基底薄片的表面氧化物层；
[0007]S200、配制NaOH与NaCl混合溶液；
[0008]S300、将所述基底薄片置入装有NaOH和NaCl混合溶液的水热釜内胆中；
[0009]S400、将水热釜在设定温度下加热设定时长，使所述基底薄片与NaOH和NaCl混合溶液进行水热反应，高温下所述基底薄片的FeCoNiM高熵合金与NaOH和NaCl混合溶液发生腐蚀反应并原位生成多元催化活性组分；以及
[0010]S500、将所述水热釜冷却至室温，用去离子水和酒精先后冲洗所述基底薄片表面去除残余溶液，干燥后得到表面改性的FeCoNiM高熵合金电极。
[0011]上述的多元催化电极的制备方法，其中，所述FeCoNiM高熵合金中的金属元素M为Al、Ti、V、Mn、Cr、Cu、Zn、Nb、Mo、Sn、W或Bi的任意一种或几种。
[0012]上述的多元催化电极的制备方法，其中，所述原位生成多元催化活性组分为在所述基底薄片表面原位合成的多元LDHs催化活性组分，所述多元LDHs催化活性组分包括LDHs薄片，所述FeCoNiM高熵合金含有的金属元素和氧元素在所述LDHs薄片中共存且均匀分布。
[0013]上述的多元催化电极的制备方法，其中，步骤S200中，NaOH的溶液浓度为0.1M～9M，NaCl的溶液浓度为0M～0.5M。
[0014]上述的多元催化电极的制备方法，其中，所述水热釜加热的所述设定温度为100℃～150℃，所述设定时长为1h～24h。
[0015]上述的多元催化电极的制备方法，其中，步骤S100进一步包括：
[0016]S101、将FeCoNiM高熵合金加工成尺寸为10
‑
15mm
×
10mm
×
0.5mm的基底薄片；
[0017]S102、分别用多种型号的砂纸依次打磨以去除所述基底薄片表面的金属氧化层；
[0018]S103、用去离子水对所述基底薄片进行冲洗或超声洗涤；以及
[0019]S104、将所述基底薄片干燥并放入干燥箱备用。
[0020]上述的多元催化电极的制备方法，其中，步骤S102中，所述砂纸的型号包括240#、400#、800#、1200#和2000#。
[0021]上述的多元催化电极的制备方法，其中，步骤S500中，用去离子水冲洗3～5次所述基底薄片表面。
[0022]为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种多元催化电极，为采用上述的多元催化电极的制备方法获得的表面改性的FeCoNiM高熵合金电极。
[0023]为了更好地实现上述目的，本专利技术还提供了一种多元催化电极电解水制氧的应用，其中，采用上述的多元催化电极的制备方法获得的表面改性的FeCoNiM高熵合金电极进行电解水制氧。
[0024]上述的多元催化电极电解水制氧的应用，其中，所述电解水制氧为裂解碱性海水制氧。
[0025]本专利技术的技术效果在于：
[0026]本专利技术FeCoNiM高熵合金电极的制备方法简单、实验周期短、不需要外加金属盐源且元素种类可调控；所制备的FeCoNiM高熵合金电极可用于电解水制氧和电解碱性海水制氧等；可显著降低制备多元催化电极的复杂工艺，所制备的电极具有较高的电催化活性，具有很好的应用前景。
[0027]以下结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细描述，但不作为对本专利技术的限定。
附图说明
[0028]图1为本专利技术一实施例的表面改性FeCoNiCrAl高熵合金扫描电镜(SEM)图；
[0029]图2为本专利技术一实施例的表面改性FeCoNiCrMo高熵合金扫描电镜(SEM)图；
[0030]图3为本专利技术一实施例的表面改性FeCoNiCrAl高熵合金原位生长多元催化剂透射电镜(TEM)及成分分布图；
[0031]图4为本专利技术一实施例的表面改性FeCoNiCrMo高熵合金原位生长多元催化剂透射电镜(TEM)及成分分布图；
[0032]图5为本专利技术一实施例的表面改性FeCoNiCrAl高熵合金电极的电解水制氧性能；
[0033]图6为本专利技术一实施例的表面改性FeCoNiCrMo高熵合金电极的电解水制氧性能；
[0034]图7为本专利技术一实施例的表面改性FeCoNiCrAl高熵合金电极的电解碱性海水制氧性能；
[0035]图8为本专利技术一实施例的表面改性FeCoNiCrMo高熵合金电极的电解碱性海水制氧性能。
具体实施方式
[0036]下面结合附图对本专利技术的结构原理和工作原理作具体的描述：
[0037]本专利技术的多元催化电极，为基于腐蚀工程表面改性高熵合金电极，采用如下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多元催化电极的制备方法，其特征在于，基于腐蚀工程表面改性高熵合金电极，包括以下步骤：S100、选择FeCoNiM高熵合金作为电极的导电基底与表面改性时的金属源，加工成设定尺寸的基底薄片，并去除所述基底薄片的表面氧化物层；S200、配制NaOH溶液，或NaOH与NaCl混合溶液；S300、将所述基底薄片置入装有NaOH溶液，或NaOH与NaCl混合溶液的水热釜内胆中；S400、将水热釜在设定温度下加热设定时长，使所述基底薄片与NaOH和NaCl混合溶液进行水热反应，高温下所述基底薄片的FeCoNiM高熵合金与NaOH和NaCl混合溶液发生腐蚀反应并原位生成多元催化活性组分；以及S500、将所述水热釜冷却至室温，用去离子水和酒精先后冲洗所述基底薄片表面去除残余溶液，干燥后得到表面改性的FeCoNiM高熵合金电极。2.根据权利要求1所述的多元催化电极的制备方法，其特征在于，所述FeCoNiM高熵合金中的金属元素M为Al、Ti、V、Mn、Cr、Cu、Zn、Nb、Mo、Sn、W或Bi的任意一种或几种。3.根据权利要求1或2所述的多元催化电极的制备方法，其特征在于，所述原位生成多元催化活性组分为在所述基底薄片表面原位合成的多元LDHs催化活性组分，所述多元LDHs催化活性组分包括LDHs薄片，所述FeCoNiM高熵合金含有的金属元素和氧元素在所述LDHs薄片中共存且均匀分布。4.根据权利要求1或2所述的多元催化电极的制备方法，其特征在于，步骤S200中，NaOH的溶液浓...

【专利技术属性】
技术研发人员：张博威，陈质彬，吴俊升，黄康，鲁启鹏，夏久阳，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：