催化电极及其制备方法、电解水方法技术

本公开实施例公开了一种催化电极及其制备方法、电解水方法。其中，催化电极包括：金属催化电极本体；位于所述金属催化电极本体表面的表面活性相，所述表面活性相中金属原子的e

【技术实现步骤摘要】
催化电极及其制备方法、电解水方法


[0001]本公开涉及催化
，尤其涉及一种催化电极及其制备方法、电解水方法。

技术介绍

[0002]当前，我国化石能源制氢与工业副产氢约占氢年产量99%，而具有清洁低碳等众多优势的电解水技术制氢仅占比1%。电解水技术制氢的发展主要受限于电解水催化电极活性不足，导致电解槽能耗过高的问题。
[0003]目前，现有技术中降低电解槽能耗的方式主要集中在电极材料与隔膜的设计，如开发新的高活性催化电极材料与宅间隙低电阻间隙的隔膜等。
[0004]然而，这些高性能新材料的应用会引起系列问题，如在高电流密度下电极高活性物质的溶解，高温下隔膜的材料坍塌，以及材料成本升高等，较难支撑电解水制氢技术的大规模应用。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本公开实施例提供了一种催化电极及其制备方法、电解水方法，能够提高现有电解水用催化电极的活性。
[0006]第一方面，本公开实施例提供了一种催化电极，采用如下技术方案：所述催化电极包括：金属催化电极本体；位于所述金属催化电极本体表面的表面活性相，所述表面活性相中金属原子的e
g
轨道的电子数接近1。
[0007]可选地，所述金属催化电极本体为泡沫镍电极、雷尼镍电极或者泡沫铁电极。
[0008]第二方面，本公开实施例提供了一种催化电极的制备方法，用于制备以上任一所述的催化电极，采用如下技术方案：所述催化电极的制备方法包括：将金属催化电极本体置于电解水的碱性电解液中；对所述金属催化电极本体施加特定功率的光照；对所述金属催化电极本体施加预设电压后运行，运行过程中，在光照和预设电压的作用下，所述金属催化电极本体表面生成表面活性相。
[0009]可选地，所述特定功率的功率范围为100 W~200 W。
[0010]可选地，所述预设电压的电压范围为：1.5 V ~2 V。
[0011]可选地，运行时间的时间范围为1.5 h ~3 h。
[0012]可选地，所述碱性电解液为1 M~6 M的氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液。
[0013]第三方面，本公开实施例提供了一种电解水方法，采用如下技术方案：所述电解水方法包括：将以上任一所述的催化电极，置于电解水的碱性电解液中；
对所述催化电极施加工作电压；通过所述表面活性相作为催化剂进行电解水。
[0014]可选地，所述电解水方法还包括：在电解水过程中，对所述催化电极施加特定功率的光照。
[0015]第四方面，本公开实施例提供了一种电解水方法，采用如下技术方案：所述电解水方法包括：将金属催化电极本体置于电解水的碱性电解液中；对所述金属催化电极本体施加特定功率的光照；对所述金属催化电极本体施加工作电压，在光照和工作电压的作用下，所述催化电极表面生成表面活性相，所述表面活性相中金属原子的e
g
轨道的电子数接近1；通过所述表面活性相作为催化剂进行电解水。
[0016]本公开实施例提供了一种催化电极及其制备方法、电解水方法，该催化电极包括：金属催化电极本体；位于所述金属催化电极本体表面的表面活性相，所述表面活性相中金属原子的e
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轨道的电子数接近1。以上金属催化电极本体为现有电解水用催化电极，通过在其表面形成表面活性相，且表面活性相中金属原子的e
g
轨道的电子数接近1，改变了现有的金属催化电极的活性位点的电子结构，进而能够优化反应中间体的吸脱附行为，在电解水过程中，表现出更高的活性。
[0017]上述说明仅是本公开技术方案的概述，为了能更清楚了解本公开的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为让本公开的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例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公开的一些实施例，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它的附图。
[0019]图1为本公开实施例提供的催化电极的表面晶体结构图；图2为现有技术中的对比催化电极的表面晶体结构图；图3为本公开实施例提供的表面活性相中Ni原子的电子结构图；图4为现有技术中的活性相中Ni原子的电子结构图；图5为本公开实施例提供的表面活性相的x射线光电子能谱；图6为现有技术中的活性相的x射线光电子能谱；图7为本公开实施例提供的催化电极的制备方法的流程图；图8为本公开实施例提供的光照下表面活性相中Ni原子的电子结构变化示意图；图9为本公开实施例提供的不同光照强度下的泡沫镍电极的拉曼图谱对比图；图10为本公开实施例提供的不同光照强度下的泡沫镍电极的拉曼峰面积比值对比图；图11为本公开实施例提供的不同光照强度下的泡沫镍电极的阻抗对比图；图12为本公开实施例提供的不同光照强度下泡沫镍电极的电解水性能的对比图；图13为本公开实施例提供的有无光照时泡沫铁电极的电解水性能的对比图；
图14为本公开实施例提供的有无光照时雷尼镍电极的电解水性能的对比图；图15为本公开实施例提供的在光照情况变化时，泡沫镍电极的电解水性能变化曲线。
具体实施方式
[0020]下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
[0021]需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
[0022]除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
[0023]在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
[0024]这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种催化电极，其特征在于，包括：金属催化电极本体；位于所述金属催化电极本体表面的表面活性相，所述表面活性相中金属原子的e
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轨道的电子数接近1。2.根据权利要求1所述的催化电极，其特征在于，所述金属催化电极本体为泡沫镍电极、雷尼镍电极或者泡沫铁电极。3.一种催化电极的制备方法，用于制备如权利要求1或2所述的催化电极，其特征在于，所述制备方法包括：将金属催化电极本体置于电解水的碱性电解液中；对所述金属催化电极本体施加特定功率的光照；对所述金属催化电极本体施加预设电压后运行，运行过程中，在光照和预设电压的作用下，所述金属催化电极本体表面生成表面活性相。4.根据权利要求1所述的提高催化电极活性的方法，其特征在于，所述特定功率的功率范围为100 W~200 W。5.根据权利要求1所述的提高催化电极活性的方法，其特征在于，所述预设电压的电压范围为：1.5V~2 V。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：张跃，谢勇，康卓，孙瑜，汪鑫，田震，郑文豪，蒋周瑜，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：