一种电解水用高性能低贵金属电极制备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种电解水用高性能低贵金属电极制备及其应用，本发明专利技术涉及电催化材料技术领域，包括以下步骤：S1：将泡沫铜放在超纯水、盐酸中清洗超声30min，然后用水、乙醇或丙酮清洗干净；S2：将铜盐与稳定剂混合，磁力搅拌20

【技术实现步骤摘要】
一种电解水用高性能低贵金属电极制备及其应用


[0001]本专利技术涉及电催化材料
，特别涉及一种电解水用高性能低贵金属电极制备及其应用。

技术介绍

[0002]随着当前化石燃料的储量不足和环境污染问题的日益严重，它促使科学家们将精力投入到能源领域，寻求一种可持续无污染的清洁能源。氢能作为一种高效、清洁、可再生的能源载体引起了广泛的关注。在众多制氢工艺中，电解水制氢因绿色环保和不依赖化石燃料的优点而脱颖而出。电解水过程涉及两个半反应析氢反应(HER)和析氧反应(OER)。然而，HER和OER的效率都较低，与HER相比，OER过程中需要进行四电子转移，涉及到的中间产物较多，这就需要更高动力学势垒，这成为OER的主要瓶颈。目前，电解水OER催化剂包括两类：贵金属催化剂和非贵金属催化剂。贵金属催化剂主要有二氧化铱(IrO2)、二氧化钌(RuO2)等具有较高的催化活性和较低的过电位，但是由于贵金属的高成本和低储量，不利于大规模的工业化应用。非贵金属催化剂虽然降低成本，但其催化活性和稳定性都远低于贵金属催化剂。
[0003]基于上述问题，本专利技术提供了一种掺杂少量贵金属、高比表面积高比活性、低成本和制备方法简单的以泡沫铜为基底，利用水热、高温焙烧以及电沉积法在其表面上负载双金属镍铁氧化物掺杂钌析氧反应催化剂的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种电解水用高性能低贵金属电极制备及其应用，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种电解水用高性能低贵金属电极制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：将泡沫铜放在超纯水、盐酸中清洗超声30min，然后用水、乙醇或丙酮清洗干净，于50℃
‑
80℃真空干燥2
‑
12h；
[0007]S2：将铜盐与稳定剂混合，磁力搅拌20
‑
60min形成前驱体铜盐溶液，常温条件，以恒电压条件在泡沫铜基底层表面电沉积一层金属Cu，清洗干净后烘干，然后将处理后的泡沫铜放入马弗炉中，在150～400℃，反应2～5h，然后降至室温，得到CuO
‑
Cu；优选温度是200
‑
300℃，反应时间2
‑
3h。
[0008]S3：将前驱体镍盐、前驱体M盐与碱性沉淀剂溶于超纯水中，搅拌后放入处理后的泡沫铜进行水热法反应，经过分离干燥得到前驱体a；
[0009]S4：将前驱体a在空气中于200℃
‑
600℃进行煅烧，煅烧后得到前驱体CuO
‑
Cu@Ni
x
M
y
O
z
；
[0010]S5：以氯化钌溶液为电解液，在常温条件下，以前驱体CuO
‑
Cu@Ni
x
M
y
O
z
为载体以恒电压条件在CuO
‑
Cu@Ni
x
M
y
O
z
表面电沉积Ru，制备得到具有核壳结构CuO
‑
Cu@Ni
x
M
y
O
z
@Ru催化
剂的电解水用低贵金属电极。
[0011]优选地，所述S2中稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、TritonX
‑
100(C
14
H
22
O(C2H4O)
n
)中的一种或二种，其浓度为0.01M
‑
0.18M，优选浓度为0.05M
‑
0.15M。
[0012]优选地，所述S3中前驱体镍盐为Ni(NO3)2·
6H2O、NiCl2·
6H2O、NiSO4·
6H2O，其中镍离子的浓度为0.1mM～1.0M，优选浓度0.05M～0.5M，所述的前驱体铁盐为Fe(NO3)3·
9H2O、FeCl3·
6H2O、Fe2(SO4)3·
H2O，其中铁离子的浓度为0.2mM～2.0M，优选浓度0.08M～0.3M。
[0013]优选地，所述S3中碱性沉淀剂为尿素、氨水、碳酸氢钠、碳酸钠以及碳酸氢铵中的一种或二种以上，所述碱性沉淀剂的浓度为1mmol/L～1.0mol/L，其中碱性沉淀剂与前驱体镍盐溶液中镍的摩尔浓度比为0.5:1～50:1，碱性沉淀剂与前驱体铁盐溶液中铁的摩尔浓度比为1:2～50:1。
[0014]优选地，所述S3中水热反应的温度为110℃
‑
200℃，时间为4h
‑
14h。
[0015]优选地，所述S4中前驱体a放置到马弗炉里进行煅烧，煅烧的工艺条件为：控制升温速率在2℃/min，升温至200℃
‑
600℃进行煅烧2h。
[0016]优选地，所述S5中氯化钌溶液的浓度为1mmol/L～1.0mol/L，所述恒电压为0.07V(vs.SHE)，沉积时间为300
‑
800s，然后0.05V vs.SHE沉积300
‑
800s。
[0017]优选地，M为过渡金属Fe、Co、W、Mo中的一种或二种以上，其中Ru含量为2wt％
‑
40wt％，Ni的含量为15wt％
‑
20wt％，Fe含量为30wt％
‑
45wt％，O含量为15wt％
‑
33wt％。
[0018]本专利技术还公开了一种电解水用高性能低贵金属电极，由一种电解水用高性能低贵金属电极制备方法制备得到。
[0019]本专利技术还公开了一种电解水用高性能低贵金属电极的应用，所述电解水用高性能低贵金属电极应用在电催化碱性析氧反应中。
[0020]本专利技术的技术效果和优点：
[0021]1、根据以上实施例提供的一种电解水用高性能低贵金属电极即：双金属镍铁氧化物掺杂钌析氧反应催化剂，该催化剂的制备方法，选用泡沫铜作为载体，选用镍铁作为金属源，先通过电沉积法、水热法和高温退火法制备了前驱体，再通过将前驱体采用电沉积法制备了核壳结构双金属镍铁氧化物掺杂钌析氧反应催化剂。
[0022]2、本专利技术的双金属镍铁氧化物掺杂钌析氧反应催化剂，首先选用泡沫铜为载体，对载体进行电沉积并空气中焙烧处理，在泡沫铜表面形成CuO纳米颗粒可以增强整个体系的导电性及催化剂材料本身的稳定性，有助于大量的电子运输和暴露更多的活性位点；此外选用镍铁作为金属源，可以更好的提升整个体系的催化活性；另外贵金属钌的掺杂可以更好的提高催化剂的稳定性和催化活性。由于制备过程中采用水热、高温退火
‑
电沉积法合成，整个其合成步骤简单，原材料的价格便宜、来源广泛，可以进行大规模生产。
[0023]3、经过测试表明，双金属镍铁氧化物掺杂钌析氧反应催化剂有着很好的催化活性(在电流密度为50mA cm本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水用高性能低贵金属电极制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1：将泡沫铜放在超纯水、盐酸中清洗超声30min，然后用水、乙醇或丙酮清洗干净，于50℃
‑
80℃真空干燥2
‑
12h；S2：将铜盐与稳定剂混合，磁力搅拌20
‑
60min形成前驱体铜盐溶液，常温条件，以恒电压条件在泡沫铜基底层表面电沉积一层金属Cu，清洗干净后烘干，然后将处理后的泡沫铜放入马弗炉中，在150～400℃，反应2～5h，然后降至室温，得到CuO
‑
Cu。S3：将前驱体镍盐、前驱体M盐与碱性沉淀剂溶于超纯水中，搅拌后放入处理后的泡沫铜进行水热法反应，经过分离干燥得到前驱体a；S4：将前驱体a在空气中于200℃
‑
600℃进行煅烧，煅烧后得到前驱体CuO
‑
Cu@Ni
x
M
y
O
z
；S5：以氯化钌溶液为电解液，在常温条件下，以前驱体CuO
‑
Cu@Ni
x
M
y
O
z
为载体以恒电压条件在CuO
‑
Cu@Ni
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M
y
O
z
表面电沉积Ru，制备得到具有核壳结构CuO
‑
Cu@Ni
x
M
y
O
z
@Ru催化剂的电解水用低贵金属电极。2.根据权利要求1所述的一种电解水用高性能低贵金属电极制备方法，其特征在于：所述S2中稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、TritonX
‑
100(C
14
H
22
O(C2H4O)
n
)中的一种或二种，其浓度为0.01M
‑
0.18M。3.根据权利要求2所述的一种电解水用高性能低贵金属电极制备方法，其特征在于：所述S3中前驱体镍盐为Ni(NO3)2·
6H2O、NiCl2·
...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟和香，车晓甄，王艺桥，潘立卫，张晶，李金晓，
申请(专利权)人：大连大学，
类型：发明
国别省市：