CN110512229A - 一种水电解用析氧电极的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水电解用析氧电极的制备方法，包括通过通过溅射的方法制取铁合金薄膜，随后对铁合金薄膜进行脱合金处理得到纳米多孔金属基体；然后将纳米多孔金属基体置于铁钨离子混合液中进行原位生长铁钨复合氧化物处理，原位生长铁钨复合氧化物处理后即可得到所述析氧电极。上述制得的水电解析氧电极，通过原位生长得到的铁钨复合氧化物，主要组成为钨酸亚铁，同时含有少量的FeOOH纳米棒、WO3纳米棒，钨酸亚铁中Fe2+和W6+离子能够与O2‑离子形成八面体配位，而且钨酸亚铁、FeOOH纳米棒、WO3纳米棒之间形成很好的协同作用，使得析氧电极表现出较低的产氧电势、高稳定性和高产氧效率，同时，铁钨复合氧化物的生产成本低、操作方便。

Description

一种水电解用析氧电极的制备方法
技术领域
本发明涉及光解水电极技术领域，具体涉及一种水电解用析氧电极的制备方法。
背景技术
水电解制氢因其技术可靠、无需分离、易于得到高纯度的H2、操作简单、维护方便、无污染、能实现自动控制而被广泛采用和研究。在实际电解水制氢中，析氧过电位要比析氢过电位大的多，析氧电极上不断析出 O2以及自身处于高电位，这将导致电极表面生成额外的导电性差的氧化物层，大大增加了电阻，因此，电解水反制氢速率取决于析氧电极的效率。降低析氧过电位的思路主要有：提高电解温度；研究高效稳定的析氧电极和向电解液中加入少量的添加剂，目前，碱性电解水制氢技术的研究重点为研制新型析氧阳极材料，或者提高现有析氧阳极材料的电催化性能，降低阳极过电位，以达到提高制氢效率的目的。
析氧电催化剂的制备方法通常有金属盐热分解法、喷雾热分解法、共沉淀法、溶胶凝胶法、冷冻干燥法等。制备的原料也各种各样，但是目前普遍所用的原料大多为贵金属材料，因此生产成本高，同时制备的析氧电极也还存在工艺复杂、析氧过电位较大、稳定性较差等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种水电解用析氧电极的制备方法，其水电解制氢效果好。
本发明采取的技术方案具体如下：
一种水电解用析氧电极的制备方法，其特征在于：包括通过
通过溅射的方法制取铁合金薄膜，随后对铁合金薄膜进行脱合金处理得到纳米多孔金属基体；然后将纳米多孔金属基体置于铁钨离子混合液中进行原位生长铁钨复合氧化物处理，原位生长铁钨复合氧化物处理后即可得到所述析氧电极。
纳米多孔金属基体为纳米多孔铂基体或纳米多孔金基体。
铁钨离子混合液由硫酸亚铁和钨酸钠配制而成。
具体操作为：
S1:将铁箔基体使用丙酮超声清洗5min，然后再使用稀释20倍的浓盐酸超声清洗5min，最后使用无水乙醇除去表面残留的溶液离子并快速干燥；将铁箔转移到磁控溅射设备基体样品台上，关闭磁控溅射反应腔室，抽真后通入氩气，铁靶以150W溅射10min后，打开铂靶以200W与铁靶一起共溅射2h，将得到的上述材料在氩气保护氛围中450℃退火2h，加热退火结束后，既得铁箔合金薄膜；
S2:铁箔合金薄膜按照所需大小进行裁剪，裁剪后放入1mol/L的盐酸溶液中脱除铁金属即可制得纳米多孔铂基体；
S3:分别用超纯水配置硫酸亚铁溶液、硫酸铵溶液、钨酸钠溶液，按照Fe2+ 、NH4 +、WO4 2为1:2:1.2的摩尔比取用硫酸亚铁溶液、硫酸铵溶液、钨酸钠溶液进行混匀，并加入硫酸调节PH至2.0，将混合溶液置于聚氯乙烯反应釜内，将纳米多孔铂基体丢入反应釜，200℃加热反应10h，反应结束后将基体取出，清洗、120℃干燥后即可得所述的析氧电极。
上述制得的水电解析氧电极，通过原位生长得到的铁钨复合氧化物，主要组成为钨酸亚铁，同时含有少量的FeOOH纳米棒、WO3纳米棒，钨酸亚铁中Fe2+和 W6+离子能够与O2-离子形成八面体配位，而且钨酸亚铁与少量的FeOOH纳米棒、WO3纳米棒之间形成很好的协同作用，使得析氧电极表现出较低的产氧电势、高稳定性和高产氧效率，同时，铁钨复合氧化物的生产成本低、操作方便。
具体实施方式
为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本发明的一种或几种具体的实施方式，并不对本发明具体请求的保护范围进行严格限定。
下述各实施例中，如无特别说明，所用试剂和药品均通过商业途径购买得到。
实施例1：将铁箔基体使用丙酮超声清洗5min除去表面油脂，然后再使用稀盐酸溶液超声清洗5min除去表面氧化物，最后使用无水乙醇除去表面残留的溶液离子并快速干燥；将铁箔转移到磁控溅射设备基体样品台上，关闭磁控溅射反应腔室，抽真后通入氩气，铁靶以150W溅射10min后，打开铂靶以200W与铁靶一起共溅射2h，将得到的上述材料在氩气保护氛围中450℃退火2h，加热退火结束后，既得铁箔合金薄膜，控制铁箔合金薄膜（同时含有铁、铂原子的合金层）中铂与铁原子比为6.5～7:1；铁箔合金薄膜按照1cm×1cm的大小进行裁剪，裁剪后放入1mol/L的盐酸溶液中脱除铁金属即可制得500nm厚的纳米多孔铂基体；分别用超纯水配置硫酸亚铁溶液、硫酸铵溶液、钨酸钠溶液，按照Fe2+ 、NH4 +、WO4 2为1:2:1.2的摩尔比取用硫酸亚铁溶液、硫酸铵溶液、钨酸钠溶液进行混匀，并加入硫酸调节PH至2.0，将混合溶液置于聚氯乙烯反应釜内，将纳米多孔铂基体丢入反应釜，200℃加热反应10h，反应结束后将基体取出，清洗、120℃干燥后即可得所述的析氧电极。
采用JSM-6480A扫描电子显微镜对析氧电极表面进行分析；电极的电化学性能测试采用三电极体系，工作电极为所制备的电极，对电极为铂，Ag/AgCl为参比电极。电解液采用含有1mol/L的NaOH+2mol/L的NaNO3溶液。为了避免电解液中的溶解氧的干扰，先将高纯N2通入电解溶液中，鼓气大约30 min，这时已经将电解液中的溶解氧除去，为消除外界大气对测试的影响，在仍要在电解液液面上方大约 2cm 处持续通入高纯N2，在液面上方形成保护层，防止大气中的氧气等对测试造成的干扰。通过循环伏安法测定析氧的起始电位，通过计时电位法测定对析氧极片的稳定性。
在10mA/cm2的电流密度条件下，产氧过电势为372.4 mV，析氧速率为38.26umol/h。析氧电极在10mA/cm2恒定电流密度的条件下，可稳定运行280h。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本发明中未具体描述和解释说明的结构、装置以及操作方法，如无特别说明和限定，均按照本领域的常规手段进行实施。

Claims (4)

1.一种水电解用析氧电极的制备方法，其特征在于：包括通过
通过溅射的方法制取铁合金薄膜，随后对铁合金薄膜进行脱合金处理得到纳米多孔金属基体；然后将纳米多孔金属基体置于铁钨离子混合液中进行原位生长铁钨复合氧化物处理，原位生长铁钨复合氧化物处理后即可得到所述析氧电极。
2.根据权利要求1所述的水电解用析氧电极的制备方法，其特征在于：纳米多孔金属基体为纳米多孔铂基体或纳米多孔金基体。
3.根据权利要求1所述的水电解用析氧电极的制备方法，其特征在于：铁钨离子混合液由硫酸亚铁和钨酸钠配制而成。
4.根据权利要求1所述的水电解用析氧电极的制备方法，其特征在于，包括如下操作：
S1:将铁箔基体使用丙酮超声清洗5min，然后再使用稀盐酸超声清洗5min，最后使用无水乙醇除去表面残留的溶液离子并快速干燥；将铁箔转移到磁控溅射设备基体样品台上，关闭磁控溅射反应腔室，抽真后通入氩气，铁靶以150W溅射10min后，打开铂靶以200W与铁靶一起共溅射2h，将得到的上述材料在氩气保护氛围中450℃退火2h，加热退火结束后，既得铁箔合金薄膜；
S2:铁箔合金薄膜按照所需大小进行裁剪，裁剪后放入1mol/L的盐酸溶液中脱除铁金属即可制得纳米多孔铂基体；
S3:分别用超纯水配置硫酸亚铁溶液、硫酸铵溶液、钨酸钠溶液，按照Fe2+ 、NH4 +、WO4 2为1:2:1.2的摩尔比取用硫酸亚铁溶液、硫酸铵溶液、钨酸钠溶液进行混匀，并加入硫酸调节PH至2.0，将混合溶液置于聚氯乙烯反应釜内，将纳米多孔铂基体丢入反应釜，200℃加热反应10h，反应结束后将基体取出，清洗干燥后即可得所述的析氧电极。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113249752A (zh) * 2021-05-20 2021-08-13 广西师范大学 一种Fe2P-WOx析氧电催化剂制备方法
CN117476960A (zh) * 2023-12-28 2024-01-30 潍坊学院 纳米多孔Pt薄膜及其制备方法与在燃料电池电极中的应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101736362A (zh) * 2009-12-15 2010-06-16 新奥科技发展有限公司 一种Pt改性复合催化剂及其制备方法
CN103920519A (zh) * 2014-04-23 2014-07-16 西南大学 基于铁钨双金属氧化物增强氮掺杂石墨烯的氧还原电催化剂的制备方法
CN105709779A (zh) * 2016-02-01 2016-06-29 山东大学 一种纳米多孔铜/铂核壳结构催化电极及其制备方法
CN109589980A (zh) * 2018-10-29 2019-04-09 华中科技大学 一种复合材料催化剂的制备方法、及其产品和应用
CN109921045A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中国科学院大连化学物理研究所 一种以铂黑为载体的氧电极催化剂的制备与应用

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101736362A (zh) * 2009-12-15 2010-06-16 新奥科技发展有限公司 一种Pt改性复合催化剂及其制备方法
CN103920519A (zh) * 2014-04-23 2014-07-16 西南大学 基于铁钨双金属氧化物增强氮掺杂石墨烯的氧还原电催化剂的制备方法
CN105709779A (zh) * 2016-02-01 2016-06-29 山东大学 一种纳米多孔铜/铂核壳结构催化电极及其制备方法
CN109921045A (zh) * 2017-12-12 2019-06-21 中国科学院大连化学物理研究所 一种以铂黑为载体的氧电极催化剂的制备与应用
CN109589980A (zh) * 2018-10-29 2019-04-09 华中科技大学 一种复合材料催化剂的制备方法、及其产品和应用

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHIZHONG WANG ET. AL.: "Iron tungsten mixed composite as a robust oxygen evolution electrocatalyst", 《CHEM. COMMUN.》 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113249752A (zh) * 2021-05-20 2021-08-13 广西师范大学 一种Fe2P-WOx析氧电催化剂制备方法
CN117476960A (zh) * 2023-12-28 2024-01-30 潍坊学院 纳米多孔Pt薄膜及其制备方法与在燃料电池电极中的应用
CN117476960B (zh) * 2023-12-28 2024-02-27 潍坊学院 纳米多孔Pt薄膜及其制备方法与在燃料电池电极中的应用

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