一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用制造技术

本发明专利技术属于电解水制氢技术领域，具体公开了一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用，所述催化剂为镍铁基多元合金，具有有序纳米线或纳米链微观结构，纳米线/链的直径为0.1～2.0μm，长度为0.1～200μm；所述催化剂包括以下质量百分数含量的成分：85％～95％Ni，4.98％～14.98％Fe，其余为贵金属或过渡金属；所述电极片包括基材，基材上负载有所述催化剂；所述电极片表面呈黄绿色，具有均匀分布的网格状外观，将其应用于碱性电解水制氢中，具有催化活性高、能耗低等优点。能耗低等优点。能耗低等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用


[0001]本专利技术涉及电解水制氢
，具体涉及电解水制氧所用催化剂
，特别是涉及一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用。

技术介绍

[0002]目前，人类正面临着严峻的能源问题和环境挑战，包括全球人口的增加对能源资源需求的增加，全球变暖和气候变化以及严重的工业污染。面对上述问题，人们开始将目光聚焦于清洁可再生能源的开发与利用上面，例如风力发电、水力发电、太阳能。尽管这些能源供应可以实现绿色环保与可再生，但是其实际使用时会受到诸多条件的限制，例如季节、气候等，导致这些能源往往难以满足人们对于稳定供能的需求。
[0003]相比于有机化石燃料里碳元素燃烧产生大量温室气体，氢气被认为是最有前途的能源载体，其燃烧产物只有水，且其能量密度可以达到汽油的三倍以上。实现水与氢能之间的转化可以极大程度上同时解决能源危机与环境污染问题。在氢气的制备方式中，电化学水分解可以实现从电能到化学能的稳定且绿色的转化，这一过程可以帮助人们更好的利用风力和水力等间歇性能源，从而引起了人们广泛的研究兴趣。氢气目前的产出总量中仅有4％来自分解水制备的绿色氢气，其中主要原因在于较低的氢能转化效率严重制约了电解水产氢工业化的过程，此外，在实际电解中通常需要使用贵金属电催化剂来减少水分解涉及的活化能垒。因此，开发成本低廉、地壳丰度高、析氢活性高的电催化剂对于电解水产氢行业具有重要的研究意义。
[0004]到目前为止，工业上已经投入使用的碱液电解槽析氢催化剂一般都是用镍网加镀层(雷尼镍)，性能较差，小室电压2V下电流密度一般在2000～4000A/m2，导致电解水设备能耗较高，电解槽直流能耗一般大于4.5kWh/Nm
3 H2。因此，若能研发一种低能耗、高性能并适用于大型电解水设备的析氢催化剂，可以争取早日实现更大规模的经济绿色制氧。

技术实现思路

[0005]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用，用于解决现有技术中碱性电解水制氧催化剂催化活性低、能耗高以及稳定性差等问题。
[0006]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术第一方面提供一种电解水制氧催化剂，所述催化剂为镍铁基多元合金，具有有序纳米线或纳米链微观结构，所述纳米线或纳米链的直径为0.1～2.0μm，长度为0.1～200μm；所述催化剂包括以下质量百分数含量的成分：85％～95％ Ni，4.98％～14.98％ Fe，其余为贵金属或过渡金属。
[0007]可选地，所述贵金属或过渡金属选自铂、钌、钼中的至少一种。
[0008]可选地，所得催化剂的微观形貌特征包括：纳米线垂直生长于基材上，线径为0.1～1.2μm；所述纳米线包括第一部分和第二部分，所述第一部分为骨架部分，所述骨架部分包括由纳米颗粒“堆砌”而成的镍铂纳米线，长度为0.1～0.6μm；所述第二部分包括由镍铁
纳米片以骨架部分为基础组装成的蜂窝状纳米线，长度为0.1～100μm。
[0009]可选地，所得催化剂呈黄绿色。
[0010]本专利技术第二方面提供一种电解水制氧电极片，所述电极片包括基材，所述基材上负载有如第一方面所述的电解水制氢催化剂，纳米线或纳米链有序分布在基材上。
[0011]可选地，所述基材为泡沫镍、镍网、碳布中的任意一种。
[0012]可选地，所述电极片为方形或圆形。
[0013]可选地，所述基材的面积≥0.5m2，优选≥1.0m2，更优选为1.0～5.0m2。
[0014]可选地，所述基材上负载的催化剂呈网格状。
[0015]可选地，所述基材上负载的网格状催化剂的网格大小为5～12cm。
[0016]本专利技术第二方面提供如第一方面所述的电解水制氧和/或如第二方面所述的电解水制氧电极片的应用，所述电极片应用于碱性电解水制氢中。
[0017]如上所述，本专利技术的电解水制氧催化剂、电极片及其应用，具有以下有益效果：
[0018]本专利技术提供了一种新型制氧催化剂，该催化剂为镍铁基多元合金，具有有序纳米线或纳米链微观结构，所述纳米线或纳米链的直径为0.1～2.0μm，长度为0.1～200μm；所述催化剂包括以下质量百分数含量的成分：85％～95％ Ni，4.98％～14.98％ Fe，其余为贵金属或过渡金属；本专利技术还提供了一种新型制氧电极片，包括基材，基材上负载有所述催化剂，所述电极片表面呈黄绿色，具有均匀分布的网格状外观；相较于传统“镍网+镀层”结构的电极片，本专利技术提供的制氧催化剂与电极片应用于碱性电解水制氧中，催化活性更高，能耗更低，且稳定性更好。综上，本专利技术所提供的催化剂和电极片在电解水制氧
尤其是碱性电解水制氧技术中具有极高的应用价值，有利于推动碱性电解水制氧技术的发展。
附图说明
[0019]图1显示为本专利技术实施例中采用的网格状模具的结构示意图。
[0020]图2显示为本专利技术实施例1中所制得的电极片基板的外观图。
[0021]图3显示为本专利技术实施例1中所制得的电极片的外观图。
[0022]图4显示为本专利技术实施例1中所制得的电极片基板上的催化剂的SEM图。
[0023]图5显示为本专利技术实施例1中所制得的电极片上的催化剂的SEM图。
[0024]图6显示为本专利技术实施例1中所得电极片与传统碱性电极片的性能对比图。
[0025]图7显示为本专利技术实施例1中所得电极片与传统碱性电极片的电化学测试结果对比图。
具体实施方式
[0026]以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。
[0027]为了解决目前工业碱液电解槽中使用的传统电极片(“镍网+镀层”结构)催化活性低、能耗高等问题，本专利技术提供了一种新型的电解水制氧催化剂与电极片，所述催化剂为镍铁基多元合金，具有有序纳米线或纳米链微观结构，所述纳米线或纳米链的直径为0.1～
2.0μm，长度为0.1～200μm；所述催化剂包括以下质量百分数含量的成分：85％～95％ Ni，4.98％～14.98％ Fe，其余为贵金属或过渡金属。
[0028]在本专利技术的另一具体实施方式中，所述贵金属或过渡金属、钌、钼中的至少一种，所述催化剂包括以下质量百分数含量的成分：85％～95％ Ni，0.02％～10.2％(Pt/Ru/Mo)，4.98％～14.98％ Fe。其中，“/”代表“和/或”。
[0029]在本专利技术的另一具体实施方式中，所得催化剂的微观形貌特征包括：纳米线垂直生长于基材上，线径为0.1～1.2μm；所述纳米线包括第一部分和第二部分，所述第一部分为骨架部分，所述骨架部分包括由纳米颗粒“堆砌”而成的镍铂纳米线，长度为0.1～0.6μm；所述第二部分包括由镍铁纳米片以骨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氧催化剂，其特征在于，所述催化剂为镍铁基多元合金，具有有序纳米线或纳米链微观结构，所述纳米线或纳米链的直径为0.1～2.0μm，长度为0.1～200μm；所述催化剂包括以下质量百分数含量的成分：85％～95％Ni，4.98％～14.98％Fe，其余为贵金属或过渡金属。2.根据权利要求1所述的电解水制氧催化剂，其特征在于：所述贵金属或过渡金属选自铂、钌、钼中的至少一种。3.根据权利要求2所述的电解水制氧催化剂，其特征在于：所述催化剂的微观形貌特征包括：纳米线垂直生长于基材上，线径为0.1～1.2μm；所述纳米线包括第一部分和第二部分，所述第一部分为骨架部分，所述骨架部分包括由纳米颗粒“堆砌”而成的镍铂纳米线，长度为0.1～0.6μm；所述第二部分包括由镍铁纳米片以骨架部分为基础组装成的蜂窝状纳米线，长度为0.1～100μm。4.根据权利要求1所述的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：张加加，请求不公布姓名，许帅，王晓萌，黄敏，请求不公布姓名，周振声，
申请(专利权)人：上海莒纳新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：