一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂及其制备方法与应用，所述方法包括步骤：对泡沫镍铁合金依次进行超声清洗和真空干燥处理后，备用；将阳极和阴极的一端置于硼酸溶液中，另一端通过导线连接在直流电源上，将所述泡沫镍铁合金放置于硼酸溶液中并与所述阳极一端接触，设置直流电源的电压为4V，通电时间为60

【技术实现步骤摘要】
一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电催化剂
，特别涉及一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]电解水是现代清洁能源中制备氢气的有效方法。在电解过程中，阳极的关键过程析氧反应(OER)由于一个四电子转移过程具有较大的反应动力学而被认为是整体水分解的主要障碍。为了解决这些问题，人们开展了大量的研究工作以降低过电位。尽管有报道称贵金属钌(RuO2)或铱(IrO2)是OER中最活跃的电催化剂，但仍需要大约300mV的过电位才能达到10mA cm
‑2的电流密度。
[0003]此外，贵金属催化剂的构成元素具有极高的成本和较低的丰度，这限制了它们的使用。镍、铁等过渡金属逐渐引起人们的关注。镍基多孔泡沫材料由于泡沫骨架提供了较大的比表面积被广泛使用。然而，大量研究表明，纯的Ni的氧化物/氢氧化物作为电催化剂并没有氧化活性。
[0004]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0005]鉴于上述现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂及其制备方法与应用，旨在解决现有水氧化电催化剂电催化性能较差的问题。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂的制备方法，其中，包括步骤：
[0008]对泡沫镍铁合金依次进行超声清洗和真空干燥处理后，备用；
[0009]将阳极和阴极的一端置于硼酸溶液中，另一端通过导线连接在直流电源上，将所述泡沫镍铁合金放置于硼酸溶液中并与所述阳极一端接触，设置直流电源的电压为4V，通电时间为60
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120s，在所述泡沫镍铁合金表面生成纳米片状的镍铁氢氧化物材料，制得所述氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂。
[0010]所述氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂的制备方法，其中，通电时间为90s。
[0011]一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂，其中，采用本专利技术氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂的制备方法制得。
[0012]一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂的应用，其中，将本专利技术所述的氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂用于电解水制氢。
[0013]有益效果：本专利技术通过简单的电化学腐蚀方法在泡沫镍铁合金上形成纳米片状的镍铁氢氧化物材料，纳米片状的镍铁氢氧化物材料均匀分布在电极表面，以形成高效的三维结构阳极NiFe
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LDH
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60
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120(电腐蚀时间为60
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120s)，同时，镍铁紧密结合形成协同作用大大提高了材料的电化学性能。通过测试发现，NiFe
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LDH
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90(电腐蚀时间为90s)电极仅需要η＝174mV的过电势即可达到10mAcm
‑2的催化电流密度，而且，电极表现出的较低的塔菲尔
斜率(42mVdec
‑1)。此外，在两电极电解池在1.95V的电压下可以产生100mAcm
‑2的电流密度，具有法拉第效率为100％，在双电极测试下可以连续运行20h而不会产生明显的衰减。
附图说明
[0014]图1为本专利技术一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂的制备方法的流程图。
[0015]图2为氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂的制造示意图。
[0016]图3中a为NiFe泡沫的SEM图像，b
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f分别为电腐蚀时间60s、70s、90s、100s和120s时的NiFe
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LDH SEM图像。
[0017]图4中a为NiFe
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LDH
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90和原始泡沫镍铁合金泡沫的XRD图，b为NiFe
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LDH
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90的SEM图像，c
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d为NiFe
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LDH
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90的HRTEM图像，e
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f为NiFe
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LDH
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90纳米片中的相应元素映射图。
[0018]图5中a为NiFe
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LDH
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60中的Fe 2p高分辨率XPS光谱图，b为NiFe
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LDH
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60中的Ni 2p高分辨率XPS光谱图，c为NiFe
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LDH
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90中的Fe 2p高分辨率XPS光谱图，d为NiFe
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LDH
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90中的Ni 2p高分辨率XPS光谱图。
[0019]图6中a为在1.0m KOH中的NiFe泡沫和NiFe
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LDH
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90电极的LSV曲线图，b为相应的Tafel图，c为相应的阻抗曲线图；d为在1.0m KOH中无需搅拌时的NiFe
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LDH
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90电极的LSV曲线图。
[0020]图7中a为不同处理时间处理后的NiFe
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LDH的OER的LSV曲线图；b为不同处理时间处理后的NiFe
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LDH的HER的LSV曲线图。
[0021]图8中为a，c，e，g为分别针对NiFe
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LDH
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90，NiFe泡沫，NiFe
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LDH
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60，NiFe
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LDH
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120在不同扫描速率下的CV曲线图；b，d，f，h为对应NiFe
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LDH
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90，NiFe泡沫，NiFe
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LDH
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60和NiFe
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LDH
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120的ECSA结果图。
[0022]图9中a为ECSANiFe
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LDH
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90和泡沫NiFe的结果图；b为在1.0m KOH中10mA cm
‑2的电流密度下持续10h的电势
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时间曲线图；c为NiFe
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的计时电流曲线LDH
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90/NF||1*1cm
‑2Pt薄板电极在1.9V(相对于RHE)的电势下持续10h；d为H2和O2的生成和反应时间关系图。
具体实施方式
[0023]本专利技术提供一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂及其制备方法与应用，为使本专利技术的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本专利技术进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0024]本专利技术提供了一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂的制备方法，如图1所示，其包括步骤：
[0025]S10、对泡沫镍铁合金依次进行超声清洗和真空干燥处理后，备用；
[0026]S20、将阳极和阴极的一端置于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢氧化镍铁片阵列水氧化电催化剂的制备方法，其特征在于，包括步骤：对泡沫镍铁合金依次进行超声清洗和真空干燥处理后，备用；将阳极和阴极的一端置于硼酸溶液中，另一端通过导线连接在直流电源上，将所述泡沫镍铁合金放置于硼酸溶液中并与所述阳极一端接触，设置直流电源的电压为4V，通电时间为60
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120s，在所述泡沫镍铁合金表面生成纳米片状的镍铁氢氧化物材料，制得所述氢氧化镍铁片...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆静利，梁悦，司凤占，符显珠，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：