CN109701540A - 析氧催化剂及其制备方法和电解水阳极 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种析氧催化剂及其制备方法和电解水阳极。该析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：提供泡沫镍；将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理，然后加入碳酸氢盐溶液，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应，得到析氧催化剂。该制备方法条件温和，无需对泡沫镍预处理，无需额外添加镍离子原料，也无需水热等苛刻生长条件，有效简化了制备工艺，提高了生产效率，降低了制备成本；最终得到的析氧催化剂具有析氧过电位低、阻抗小、以及析氧活性稳定的特点。
Description
技术领域
本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种析氧催化剂及其制备方法和电解水阳极。
背景技术
电解水制氢(2H2O→O2+2H2)，作为一种有效获得清洁能源的方法，在科学界饱受关注。其中，析氧反应(2H2O→4H++O2+4e–)是一个O-H键断裂，O-O键形成的4电子电化学反应过程，该过程化学动力学缓慢、效率低(表现为较高的过电位)，因此催化剂的引入，在该过程中起到了至关重要的作用(降低过电位，加快反应进程)。传统的析氧催化剂，如金属铂、钌、铱及其氧化物，性能优异，然而该类催化剂大多属于贵金属，产量稀少，价格昂贵。为了降低成本，研究人员逐渐将注意力转移到非贵金属基析氧催化剂上。截止目前，非贵金属基析氧催化剂的研究主要包括Fe基及Ni基固态催化剂，如：金属、氧化物、羟基氧化物、磷化物、氮化物、硫化物、硒化物、硼酸盐和硼化物。析氧催化剂常应用于锂离子电池、锌-氧空气电池。这其中，电极的制备方式极大地影响催化剂的性能，于是制备析氧电极的方法便成为该研究领域的重点和热点。
目前制备析氧电极的常见方法有：(1)先制备催化剂粉体，再将其涂覆于惰性电极片上。如现有报道，通过共沉淀法，将一定浓度的氢氧化钠溶液滴加到含有镍、铁、钒的氯化盐的水溶液中，直接得到镍铁钒超薄层状双氢氧化物纳米片【CN108726582A】。还有报道将Na2Fe(CN)5NO·2H2O溶液加入到Ni(NO3)·6H2O溶液中，搅拌均匀，静置后离心分离、洗涤、真空干燥，得到NiFe(CN)5NO纳米颗粒，然后将NiFe(CN)5NO纳米颗粒超声分散在无水乙醇中，加入硫源，超声分散搅拌均匀后，转移至反应釜后得到产物S-NiFe(CN)5NO【CN108842165A】。(2)在碳布、泡沫镍等基材上生长催化剂。如报道通过简单的化学氧化还原反应过程，制备了负载在泡沫镍上的三维Fe-NiSe/NF阳极析氧催化剂【CN107262118A】。有报道通过将镍盐、尿素溶于去离子水中，再加入氧化石墨烯后与泡沫镍一起水热的方法制备了镍铁氢氧化物/还原氧化石墨烯电化学析氧催化剂【CN108707923A】。或者，在泡沫镍上电沉积聚苯胺，制得Ni@PANI复合材料【CN108080034A】。还有报道通过镍无机盐和铁无机盐前驱体、氟化铵、尿素混合后与泡沫镍一起水热的方法制备FeOOH/NiFe LDHs@Ni foam一体化电极【CN107620087A】。Feng Gao等人通过水热法在上碳布上负载FeOOH@FeNi3【Nanoscale,2018,10,10971】。Yang Tang等人通过电沉积的方法负载Ni/NiFe(OH)x在泡沫镍上【ChemElectroChem，2018,5,2577-2583】。
相对而言，方法(1)步骤繁琐，且电极上的催化剂涂层通常需要辅以粘合剂，因此制备的电极存在高电阻和低稳定性的缺点。同时，粘合剂在循环过程中极易溶解到电解液中，最终导致析氧催化剂从电极上脱落。在方法(2)中，首先需要对商用泡沫镍进行清洗处理，随后通常需要水热等苛刻条件，导致负载型催化剂无法广泛应用于工业。
因此，现有技术有待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种析氧催化剂及其制备方法和电解水阳极，旨在解决现有泡沫镍负载型析氧催化剂的制备工艺复杂、成本高的技术问题。
为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：
提供泡沫镍；
将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理，然后加入碳酸氢盐溶液，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应，得到析氧催化剂。
相应地，一种析氧催化剂，所述析氧催化剂由本发明的上述析氧催化剂的制备方法获得。
本发明提供的析氧催化剂由本发明提供的特有的析氧催化剂的制备方法制得，在该析氧催化剂的制备方法中，先将泡沫镍置于亚铁盐溶液中使泡沫镍表面的氧化层原位溶出Ni2+，然后在制备体系中加入碳酸氢盐溶液，离子态HCO3 -会自偶电离出CO3 2-，这样自偶电离出来的CO3 2-比OH-离子浓度大得多，在液相中主要生成碳酸亚铁沉淀，从而控制泡沫镍上的Fe2+浓度，促进其与泡沫镍自身溶出的Ni2+发生原位共沉淀生长反应，从而得到泡沫镍负载镍铁复合氢氧化物的析氧催化剂，该制备方法条件温和，无需对泡沫镍预处理，无需额外添加镍离子原料，也无需水热等苛刻生长条件，有效简化了制备工艺，提高了生产效率，降低了制备成本；最终得到的析氧催化剂具有析氧过电位低、阻抗小、以及析氧活性稳定的特点。
本发明另一方面提供一种电解水阳极，所述电解水阳极包括本发明的上述析氧催化剂的制备方法获得的析氧催化剂。
本发明提供的电解水阳极包括本发明特有的析氧催化剂的制备方法获得的析氧催化剂，这样的析氧催化剂用于电解水阳极具有析氧过电位低、阻抗小、以及析氧活性稳定的特点。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的析氧催化剂的扫描电镜示意图和能谱图；其中，(a)为60k放大倍数下的扫描电镜示意图，(b)为25k放大倍数下的扫描电镜示意图，(c)为1.8k放大倍数下的扫描电镜示意图，(d)为能谱图。
图2为本发明实施例2、实施例3、实施例6、实施例11制备的析氧催化剂的扫描电镜示意图；其中，(a)为实施例2的示意图，(b)为实施例3的示意图，(c)为实施例6的示意图，(d)为实施例11的示意图。
图3为本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例6、实施例11及对照例制备的析氧催化剂的性能测试图；其中，(1)为线性扫描伏安曲线图；(2)为塔菲尔曲线图；(3)为实施例2对应的计时电流曲线图；(4)为双电层电容曲线图；图(1)，(2)，(4)中，a为实施例11对应的曲线、b为实施例6对应的曲线、c为实施例2对应的曲线、d为实施例3对应的曲线、e为实施例1对应的曲线、f为对照例对应的曲线。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
一方面，本发明实施例提供了一种析氧催化剂的制备方法，包括如下步骤：
S01：提供泡沫镍；
S02：将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理，然后加入碳酸氢盐溶液，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应，得到析氧催化剂。
本发明实施例提供的析氧催化剂的制备方法中，先将泡沫镍置于亚铁盐溶液中使泡沫镍表面的氧化层原位溶出Ni2+，然后在制备体系中加入碳酸氢盐溶液，离子态HCO3 -会自偶电离出CO3 2-，这样自偶电离出来的CO3 2-比OH-离子浓度大得多，在液相中首先与Fe2+生成碳酸亚铁沉淀，从而控制Fe2+浓度，促进其与泡沫镍上的Fe2+和泡沫镍自身溶出的Ni2+发生原位共沉淀生长反应，得到泡沫镍负载镍铁复合氢氧化物的析氧催化剂，该制备方法条件温和，无需对泡沫镍预处理，无需额外添加镍离子原料，也无需水热等苛刻生长条件，有效简化了制备工艺，提高了生产效率，降低了制备成本；最终得到的析氧催化剂具有析氧过电位低、阻抗小、以及析氧活性稳定的特点。
该析氧催化剂的制备方法通过亚铁盐溶液中的亚铁离子和泡沫镍上原位溶出的镍离子与碳酸氢铵共沉淀在泡沫镍前驱体上原位生长得到。具体地，泡沫镍与亚铁盐溶液浸润混合后表面原位溶出Ni2+，待加入碳酸氢盐溶液后，该离子态HCO3 -会因浸润了亚铁盐溶液的泡沫镍自身特性的作用下与Fe2+反应。离子态HCO3 -会自偶电离，情景如下：自偶电离出来的CO3 2-离子浓度比想象中要大得多，且比OH-离子浓度大得多，这样自偶电离出来的CO3 2-易与溶液中的Fe2+发生沉淀反应生成碳酸亚铁，通过溶解沉淀平衡控制Fe2+处于和泡沫镍自身溶出的Ni2+相当的较低的浓度水平，从而促进它们发生原位共沉淀反应，将离子态铁和原位溶出离子态的镍在泡沫镍上共沉淀生长镍铁复合层状双氢氧化物的析氧催化剂。因此，该制备方法无需额外添加镍离子，不需要额外添加还原剂，避免了另外添加反应剂和高温高压结晶，以及避免了以前报道的在3D基板上负载工艺的复杂性及水热等苛刻条件，从而有效提高了其生产效率，降低了生产成本，最终在泡沫镍的表面以原位共沉淀生长的方式生成铁镍复合氢氧化物纳米片阵列，使得生成的泡沫镍负载镍铁复合层状双氢氧化物析氧催化剂性能稳定。在一实施例中，对于泡沫镍为现有的泡沫镍，可以不需要清洗等预处理，直接用于原位共沉淀反应。对于亚铁盐溶液，可以选自硫酸亚铁溶液、氯化亚铁、硫酸亚铁铵和硝酸亚铁溶液中的至少一种，本发明实施例中优选用硫酸亚铁溶液，对于碳酸氢盐溶液选自碳酸氢铵溶液和碳酸氢钠溶液中的至少一种，背面发明实施例中优选用碳酸氢铵溶液。
在一实施例中，按亚铁盐溶液中的Fe2+与碳酸氢盐溶液中的HCO3 -的摩尔比为(0.1-4)：(0.1-3)，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理，然后加入碳酸氢盐溶液。亚铁盐和碳酸氢盐的摩尔比会影响到镍铁复合层状双氢氧化物析氧催化剂的形貌和性能，而在上述摩尔比范围内，可在泡沫镍表面原位共沉淀生长成更加致密的析氧催化剂；优选地，亚铁盐溶液中的Fe2+与碳酸氢盐溶液中的HCO3 -的摩尔比为(0.5-3)：(0.1-2)。
可选的，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理的时间为1min-120min，优选5-30min，泡沫镍与亚铁盐溶液的混合浸渍时间也会影响到镍铁复合层状双氢氧化物析氧催化剂的形貌与性能，在上述混合时间范围内，效果最佳。另外，通过泡沫镍在亚铁盐溶液中的不同浸渍时间，从而控制泡沫镍表面原位溶出镍离子的浓度，上述时间范围内，镍离子的溶出效果最佳；对于亚铁盐的浓度，可以固定亚铁盐物质的量加入(5-80)ml去离子水，从而配制成相应浓度的亚铁盐溶液。本发明实施例中，可以先将亚铁盐和泡沫镍混合，再通过抽真空置换的方式充入惰性气氛，然后注入已经用惰性气体鼓泡过的去离子水。而对于原位共沉淀反应时，整个系统中亚铁盐和碳酸氢盐浓度的控制，可以通过固定亚铁盐和碳酸氢盐的摩尔量，然后改变整个体系去离子水的含量。
可选的，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应的时间为2-60h，优选15-30h。可选的，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理的温度为20-40℃，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应的温度为20-40℃，具体可以控制为25-35℃，本实施例中选择为室温即30℃。
在一实施例中，在惰性气氛条件下，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理；惰性气氛可以防止Fe2+被空气中的氧气氧化。在一具体实施例中，该步骤为采用氮气保护的条件将泡沫镍置于FeSO4·7H2O水溶液中搅拌。可选的，在惰性气氛条件下加入碳酸氢盐溶液，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应。在一具体实施例中，该步骤为注入已经用惰性气体鼓泡过的NH4HCO3水溶液。
在一实施例中，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行磁力搅拌混合处理；磁力搅拌搅拌时，由于泡沫镍自身的特点，其能与亚铁盐溶液中完全浸润且泡沫镍上的氧化层会在溶液中原位溶出为整个体系提供Ni2+。可选的，在磁力搅拌条件下，进行所述原位共沉淀反应。例如，在制备系统中，加入磁力搅拌子，泡沫镍与亚铁盐溶液中的混合处理，以及后续加入碳酸氢盐溶液进行原位共沉淀反应，均在磁力搅拌器中搅拌完成。
在一实施例中，为了使制备的析氧催化剂更好的使用，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应之后，还包括将所述泡沫镍依次进行清洗和干燥处理的步骤。可选的，所述干燥处理的温度为60-80℃；所述干燥处理的时间为4-6h。
在一实施例中，析氧催化剂的制备方法包括如下步骤：将(0.1-4mmol)FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的(5-80ml)去离子水，室温搅拌(0-2)小时。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的(0.1-3mmo)NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌(2-60)小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，(60-80℃)鼓风烘箱(4-6)小时烘干。
相应地，本发明实施例还提供一种析氧催化剂，所述析氧催化剂由本发明实施例的上述析氧催化剂的制备方法获得。
本发明实施例提供的析氧催化剂由本发明实施例提供的特有的析氧催化剂的制备方法制得，因此，这样的制备放大得到的析氧催化剂具有析氧过电位低、阻抗小、以及析氧活性稳定的特点。
最后，本发明实施例还提供一种电解水阳极，所述电解水阳极包括本发明实施例的上述析氧催化剂的制备方法获得的析氧催化剂。
本发明实施例提供的电解水阳极包括本发明实施例特有的析氧催化剂的制备方法获得的析氧催化剂，这样的析氧催化剂用于电解水阳极具有析氧过电位低、阻抗小、以及析氧活性稳定的特点。相应地，该电解水阳极的制备方法，可以包括本发明实施例的析氧催化剂的制备方法的步骤，具体步骤上文已经详细阐述。
本发明先后进行过多次试验，现举一部分试验结果作为参考对发明进行进一步详细描述，下面结合具体实施例进行详细说明。
实施例1
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将3mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌30分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的2mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌24小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例2
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将3mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌5分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的2mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌24小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例3
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将3mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌15分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的2mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌24小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例4
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将3mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌60分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的2mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌40小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例5
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将3mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌30分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的0.14mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌24小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例6
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将1.5mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌30分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的1mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌24小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例7
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将1.5mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌60分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的3mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌40小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例8
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将1.5mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌120分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的2mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌60小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例9
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将1mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌30分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的2mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌40小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例10
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将1mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌30分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的1mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌60小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例11
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将0.75mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌30分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的0.5mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌24小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
实施例12
一种析氧催化剂，其制备方法包括如下步骤：
将0.5mmol FeSO4·7H2O、磁力搅拌子及未处理过的泡沫镍一并加入到两口瓶中，通过抽真空置换的方式充入惰性气体。用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的20ml去离子水，室温搅拌120分钟。然后用注射器注入已经用惰性气体鼓泡过的0.1mmol NH4HCO3水溶液。注射完毕后室温搅拌24小时。取出泡沫镍并用去离子水冲洗表面，60℃鼓风烘箱6小时烘干。
对照例
即直接以泡沫镍做空白对照。
上述实施例和对比例的工艺参数如表1所示。
表1
| 实施例 | FeSO<sub>4</sub>·7H<sub>2</sub>O | 水<sub>1</sub>/ml | t<sub>1</sub>/min | T<sub>1</sub>/℃ | NH<sub>4</sub>HCO<sub>3</sub> | 水<sub>2</sub>/ml | t<sub>2</sub>/h | T<sub>2</sub>/℃ |
| 1 | 3mmol | 20 | 30 | 室温 | 2mmol | 15 | 24 | 室温 |
| 2 | 3mmol | 20 | 5 | 室温 | 2mmol | 15 | 24 | 室温 |
| 3 | 3mmol | 20 | 15 | 室温 | 2mmol | 15 | 24 | 室温 |
| 4 | 3mmol | 20 | 60 | 室温 | 2mmol | 60 | 40 | 室温 |
| 5 | 3mmol | 20 | 30 | 室温 | 0.14mmol | 15 | 24 | 室温 |
| 6 | 1.5mmol | 20 | 30 | 室温 | 1mmol | 15 | 24 | 室温 |
| 7 | 1.5mmol | 20 | 60 | 室温 | 3mmol | 60 | 40 | 室温 |
| 8 | 1.5mmol | 20 | 120 | 室温 | 2mmol | 100 | 60 | 室温 |
| 9 | 1mmol | 20 | 30 | 室温 | 2mmol | 15 | 40 | 室温 |
| 10 | 1mmol | 20 | 30 | 室温 | 1mmol | 60 | 60 | 室温 |
| 11 | 0.75mmol | 20 | 30 | 室温 | 0.5mmol | 15 | 24 | 室温 |
| 12 | 0.5mmol | 20 | 120 | 室温 | 0.1mmol | 100 | 24 | 室温 |
| 对照例 | 0 | 0 | 0 | 室温 | 0 | 0 | 0 | 室温 |
注：表1中的水1/ml为FeSO4·7H2O水溶液中的去离子水含量；水2/ml为注射碳酸氢铵溶液中去离子水的含量；t1/h为泡沫镍在FeSO4·7H2O水溶液中原位溶出镍离子的时间；t2/h为泡沫镍上原位共沉淀生长时间；T1/℃为泡沫镍在FeSO4·7H2O水溶液中原位溶出所需温度；T2/℃为泡沫镍上原位共沉淀生长所需温度。
相关性能测试
图1和图2为相关实施例的扫描电镜图(SEM)，通过分析发现，该析氧催化剂中，镍铁复合层状双氢氧化物生长于泡沫镍3D骨架上会形成紧密排列且均一的形貌。图1(d)为能谱图(EDS)，通过分析，该析氧催化剂主要是由Fe、Ni、O三种元素组成。
图3为本发明实施例1、实施例2、实施例3、实施例6、实施例11以及对照例制备的析氧催化剂的性能测试图；图3(1)线性扫描伏安曲线图(LSV)图可知：实施例11的析氧过电位210mV(对应a曲线)，实施例6的析氧过电位为200mV(对应b曲线)、实施例2的析氧过电位为200mV(对应c曲线)，实施例3的析氧过电位为200mV(对应d曲线)，实施例1的析氧过电位为200mV(对应e曲线)，而对比例的析氧过电位为310mV(对应f曲线)。其中，上述实施例中的析氧过电位为在电流密度为10mA/cm2所对应的标准氢电极电位与1.23V的差值。图3(2)塔菲尔曲线图(TAFEL)图可知：实施例11的斜率为61mV/decade(对应a曲线)，实施例6的斜率为69mV/decade(对应b曲线)、实施例2的斜率为70mV/decade(对应c曲线)，实施例3的斜率为71mV/decade(对应d曲线)，实施例1的斜率为73mV/decade(对应e曲线)，而对比例的斜率为125mV/decade(对应f曲线)。图3(3)为实施例2的计时电流曲线，经过60小时及电流密度为54mA/cm2条件下催化剂析氧活性下降了16％。图3(4)双电层电容曲线图可知：实施例11的斜率为0.00326(对应a曲线)，实施例6的斜率为0.00318(对应b曲线)、实施例2的斜率为0.00324(对应c曲线)，实施例3的斜率为0.00287(对应d曲线)，实施例1的斜率为0.00226(对应e曲线)，而对比例的斜率为0.00218(对应f曲线)。其中双电层电容为曲线斜率的一半。
通过上述数据可知，本实施例制备的析氧催化剂具有析氧过电位低、阻抗小、以及析氧活性稳定的特点。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种析氧催化剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供泡沫镍；
将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理，然后加入碳酸氢盐溶液，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应，得到析氧催化剂。
2.如权利要求1所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，按亚铁盐溶液中的Fe2+与碳酸氢盐溶液中的HCO3 -的摩尔比为(0.1-4)：(0.1-3)，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理，然后加入碳酸氢盐溶液。
3.如权利要求1所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理的时间为1min-120min；和/或，
将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理的温度为20-40℃；和/或，
在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应的时间为2-60h；和/或，
在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应的温度为20-40℃。
4.如权利要求1所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，在惰性气氛条件下，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行混合处理；和/或，
在惰性气氛条件下加入碳酸氢盐溶液，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应。
5.如权利要求1所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，将所述泡沫镍置于亚铁盐溶液中进行磁力搅拌混合处理；和/或，
在磁力搅拌条件下，进行所述原位共沉淀反应。
6.如权利要求1所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述亚铁盐溶液选自硫酸亚铁溶液、氯化亚铁、硫酸亚铁铵和硝酸亚铁溶液中的至少一种；和/或，
所述碳酸氢盐溶液选自碳酸氢铵溶液和碳酸氢钠中的至少一种。
7.如权利要求1-6任一项所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，在所述泡沫镍表面进行原位共沉淀反应之后，还包括将所述泡沫镍依次进行清洗和干燥处理的步骤。
8.如权利要求7所述的析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述干燥处理的温度为60-80℃；和/或，
所述干燥处理的时间为4-6h。
9.一种析氧催化剂，其特征在于，所述析氧催化剂由权利要求1-8任一项所述的析氧催化剂的制备方法获得。
10.一种电解水阳极，其特征在于，所述电解水阳极包括权利要求1-8任一项所述的析氧催化剂的制备方法获得的析氧催化剂。
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