CN115505961A - 一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极、制备及应用 - Google Patents

一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极、制备及应用 Download PDF

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CN115505961A CN202211286421.6A CN202211286421A CN115505961A CN 115505961 A CN115505961 A CN 115505961A CN 202211286421 A CN202211286421 A CN 202211286421A CN 115505961 A CN115505961 A CN 115505961A
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Abstract

本发明属于绿色氢能领域，提供了一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极、制备及应用。该双功能催化电极由三维自支撑泡沫作为催化剂载体，在载体表面原位生长有硫化镍铁纳米片阵列作为催化剂。这种三维的纳米片阵列结构有助于暴露更多的活性位点、提高质子和气体传质速率，双金属的协同效应有助于提高电极的本征催化活性，催化过程中表面氧化的硫负离子可以抑制氯离子在表面的吸附，同时催化剂原材料价格低廉。本发明直接用于海水快速全电解制氢的阴极和阳极，其在碱性海水中在较低的驱动电位下(1.85V)具有工业级的电流密度(500mA cm‑2)，可作为未来有前景的海水快速全电解制氢的低成本催化电极。

Description

一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极、制备及 应用
技术领域
本发明属于绿色氢能领域，特别涉及一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极、制备及应用。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
氢(H2)有望成为一种可再生且无污染的能源载体，用于储存间歇性太阳能和风能。水电解是生产具有高能量密度的无污染氢燃料的可持续且清洁的途径，这对于未来的可再生能源计划至关重要。然而，水电解的两个半反应，包括析氢反应(HER)和析氧反应(OER)，都存在动力学缓慢的问题。特别是，由于强的O＝O双键和多步质子/电子转移过程，OER更具挑战性，这极大地阻碍了水电解的整体效率。
此外，目前的研究大多集中在添加电解质的淡水裂解上，使用淡水作为电解水产氢的电解液将对重要的淡水资源带来沉重的压力。与淡水相比，海水占地球总储水量的96.5％，且在空间上分布均匀。因此，整体海水分解制H2是大规模生产H2的有希望的候选者。然而，由于海水中电解质的复杂性可能导致严重的副反应(如氯化物腐蚀)。
另外，地球上贵金属的储量较少，而诸如镍、钴和铁等非贵金属不仅储量丰富，而且价格低廉，可用于广泛开发和大规模使用。最近，基于非贵金属的电催化剂已经被报道，如硫掺杂的镍铁氢氧化物、氮化钼、氮化镍钼和氮化镍铁的异质结等，但是都存在各种问题制约了进一步的应用。
例如：专利CN114196988A公开了一种用于电解水析氧的双金属硫化物/MXene复合体的制备方法，由Ti3C2 MXene和纳米片组成，纳米片阵列有序地生长在Ti3C2 MXene上。但Ti3C2 MXene上生长镍铁双金属硫化物材料容易团聚，且制备方法相对复杂。同时，Ti3C2MXene上生长镍铁双金属硫化物材料为粉末样品，在进行电催化测试之前需要将粉末样品与Nafion等粘结剂混合制备浆料，这种形式的催化剂存在如下缺点：a)使用了Nafion作为粘结剂覆盖在材料表面，降低了材料在催化过程中的暴露，降低了催化性能；b)粉末样品与基底是通过粘结剂粘合，在催化过程中容易脱落，导致材料的稳定性降低；c)Nafion本身导电性比较差，覆盖在催化剂表面会降低材料的传质性能，进而降低催化活性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极，以实现在工业级电流密度下(500mA cm-2)持续稳定的双功能全解水产氢。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明的第一个方面，提供了一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极，包括：
催化剂载体；
在所述催化剂载体表面原位生长有硫化镍铁纳米片阵列；
其中，所述催化剂载体为三维自支撑泡沫。
本发明设计了一种源自非贵金属的高效双功能全解水电催化剂，用于快速海水电解产氢具有非常广阔的应用前景。
与专利CN114196988A相比，本发明的材料为在泡沫基底表面原位生长，具有非常高的与基底的结合作用，因此可以达到非常高的稳定性；2)材料本身具有纳米片阵列结构，基底本身多孔等多级孔道结构，可以加快电解液的传输和扩散；3)催化剂与基底的强的结合同时也会提高材料的传质速率，进行提升催化性能；4)材料制备简单，所制备材料可直接用于碱性海水全电解。
本发明的第二个方面，提供了一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极的制备方法，包括：
将镍盐、铁盐、氟化铵和尿素在溶液中混合均匀，得到混合溶液；
将三维自支撑泡沫置于所述混合溶液中，加热进行反应，得到镍铁双金属氢氧化物前驱体电极；
将所述镍铁双金属氢氧化物前驱体电极与硫盐在溶液中混合，使其充分浸没，加热进行反应，结束后，洗涤，得到硫化镍铁电极。
本发明的第三个方面，提供了上述的催化电极在催化阴极氢析出和阳极氧析出中的应用，催化反应包括：淡水、碱性模拟海水和碱性海水的氧析出反应、氢析出反应和全水解反应。
本发明的有益效果
(1)本发明的电极作为阴极氢析出和阳极氧析出的双功能海水电解产氢电极，避免了使用不同催化剂的污染和浪费。
(2)本发明的电极的三维纳米片阵列结构有助于暴露更多的活性位点、提高质子和气体传质速率，双金属的协同效应提高电极的本征催化活性，催化过程中表面氧化的硫负离子可以抑制氯离子在表面的吸附，基于多种优异的结构特性可以展现出杰出的双功能海水快速全电解制氢。
(3)本发明的电极制备食用的前驱体价格低廉，储量丰富，易于规模化生产和未来工业化的应用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示例性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明硫化镍铁纳米片阵列制备的合成路线示意图。
图2是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列的场发射扫描电镜图(a，b)。
图3是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列的元素分布图(a、b、c、d)。
图4是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列的X射线衍射图。
图5是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列的球差电镜图。
图6是本发明对比例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列的场发射扫描电镜图。
图7是本发明对比例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列的X射线衍射图。
图8是本发明实施例1和对比例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列和前驱体纳米片阵列的电化学测试结果，其中(a)为在1M KOH电解液中氧析出反应的线性扫描伏安曲线；(b)为在1M KOH电解液中氧析出的Tafel曲线。
图9是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列在1M KOH，1MKOH+0.5M NaCl(模拟海水)和1M KOH+海水(碱性海水)中氧析出反应的线性扫描伏安曲线。
图10是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列在碱性海水中氧析出反应电流密度随时间变化的稳定性曲线。
图11是本发明实施例1和对比例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列和前驱体纳米片阵列的电化学测试结果，其中(a)为在1M KOH电解液中氢析出反应的线性扫描伏安曲线；(b)为在1M KOH电解液中氢析出的Tafel曲线。
图12是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列在1M KOH，模拟海水和碱性海水中氢析出反应的线性扫描伏安曲线。
图13是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列在碱性海水中氢析出反应电流密度随时间变化的稳定性曲线。
图14是本发明实施例1和对比例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列和前驱体纳米片阵列分别作为阳极析氧反应和阴极析氢反应组装的全解水电化学测试结果，其中(a)为在1M KOH电解液中全解水的线性扫描伏安曲线；(b)为在碱性海水中全解水的线性扫描伏安曲线。
图15是本发明实施例1所制备的硫化镍铁纳米片阵列在碱性海水中全解水反应电流密度随时间变化的稳定性曲线。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极，所述催化电极由三维自支撑泡沫作为催化剂载体，在载体表面原位生长有硫化镍铁纳米片阵列作为催化剂。
在一些实施例中，所述的三维自支撑泡沫包括：泡沫镍、泡沫铜、泡沫镍铁、泡沫钛、碳布。
在一些实施例中，催化电极是阴极氢析出和阳极氧析出的双功能电极。
一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极包括以下制备步骤：
步骤1，将按照化学计量比称取的镍盐、铁盐、氟化铵和尿素溶解于一定量去离子水中形成溶液；
步骤2，将三维自支撑泡沫置于步骤1的溶液中，在特定温度和压力的反应容器中反应一定时间，得到含有特定金属比例的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极；
步骤3，将步骤2得到的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极与一定量的硫盐在去离子水中混合，使其充分浸没，在特定温度和压力的反应容器中反应一定时间，结束后，用去离子水冲洗得到硫化镍铁电极。
在一些实施例中，镍盐、铁盐选自任一种可溶性金属盐，镍盐：铁盐的摩尔比为1:10～10:1，金属盐的总摩尔浓度为10～100mM，氟化铵与总金属盐的摩尔比为5:1～1:5，尿素与总金属盐的摩尔比为1:1～10:1，氟化铵与尿素之间不受相互影响。
在一些实施例中，步骤2的反应温度为90～200℃，反应时间为2～72h，容器为密闭容器。
在一些实施例中，步骤3所使用的硫源可以为：硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲和硫粉，硫源的摩尔浓度为0.1～1M，反应温度为80～200℃，反应时间为2～72h，容器为密闭容器。
本发明，一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极，所述的催化反应包括淡水、碱性模拟海水和碱性海水的氧析出反应、氢析出反应和全水解反应。
结合图1，本发明按照如下步骤制备阳极催化电极：
步骤一：称取10～100mM镍盐、10～100mM铁盐、20～200mM氟化铵和50～500mM尿素加入一定量去离子水中，搅拌均匀形成混合溶液；
步骤二：将三维自支撑泡沫置于步骤一所配置的溶液中，在90～200℃下的密闭容器中反应2～72h，得到含有特定金属比例的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极；
步骤三：将步骤二得到的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极与0.1～1M硫源在去离子水中混合，使其充分浸没，在80～200℃下的密闭容器中反应2～72h。结束后，用去离子水冲洗得到硫化镍铁电极。
下面结合具体的实施例，对本发明做进一步的详细说明，应该指出，所述具体实施例是对本发明的解释而不是限定。
实施例1
步骤一：称取50mM硝酸镍、50mM硝酸铁、100mM氟化铵和250mM尿素加入40mL去离子水中，搅拌均匀形成混合溶液；
步骤二：将2*3cm2的泡沫镍置于步骤一所配置的溶液中，在120℃下的密闭容器中反应6h，得到Ni:Fe为1:1的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极(NiFe-LDH/NF)；
步骤三：将步骤二得到的NiFe-LDH/NF电极加入40mL含有0.2M硫化钠的水溶液中，在100℃下的密闭容器中反应8h；结束后，用去离子水冲洗得到硫化镍铁电极(NiFeS/NF)。
所得NiFeS/NF电极的场发射扫描电镜图如图2所示，表明NiFeS/NF电极为在NF表面均匀生长的有序纳米片阵列，纳米片具有比较薄的厚度可以暴露更多的催化活性位点，纳米片与纳米片之间的开放孔隙以及NF基底的本征多孔有助于电解液的扩散、气体产物的脱附和转移。同时，原位沉积在NF表面的纳米片阵列具有强的粘附性，不易于脱落，而不使用粘结剂则避免了活性位点被覆盖和增加了质子、电子快速转移。NiFeS/NF电极的元素分布如图3所示，表明Ni,Fe和S元素在纳米棒上均匀分布，Ni和Fe可以产生双金属协同效应，提高本征催化活性。X射线衍射图如图4所示，最强的三重峰为NF基底的衍射峰，其他弱的峰为FeNiS的衍射峰，说明其具有良好的结晶性。进一步与PDF卡片比较证明其(Ni,Fe)3S4单相结构。NiFeS/NF电极的球差电镜图如图5所示，表明其具有良好的结晶性，且相邻晶面间距为0.28nm，对应(311)晶面。综上表明成功合成了NiFeS/NF电极。
在1M KOH电解液中氧析出线性扫描伏安曲线如图8中a所示，在100和500mA cm-2的过电位分别为215mV和272mV，比商业RuO2分别低115mV和228mV。在1M KOH电解液中氧析出Tafel曲线如图8中b所示，NiFeS/NF的Tafel斜率仅为56.37mV dec-1，远低于商业RuO2(138.33mV dec-1)，表明NiFeS/NF具有优异的析氧动力学。
在1M KOH，1M KOH+0.5M NaCl(模拟海水)和1M KOH+海水(碱性海水)中氧析出反应的线性扫描伏安曲线对比如图9所示，在碱性海水中500mA cm-2的过电位仅为300mV，仅比1M KOH和模拟海水分别高12和28mV。同时在500mA cm-2时的过电位小于析氯反应的起始电位，避免了析氯副反应的发生，因此NiFeS/NF具有优异的海水电解析氧性能。在碱性海水中氧析出反应电流密度随时间变化的稳定性曲线如图10所示，在100和500mA cm-2运行24h后依旧保持稳定，性能没有衰减，表明NiFeS/NF电极具有良好的碱性海水电解析氧稳定性。综上，NiFeS/NF电极可以作为快速海水电解产氢的阳极析氧催化电极。
在1M KOH电解液中氢析出线性扫描伏安曲线如图11中a所示，在100和500mA cm-2的过电位分别为196mV和292mV。在1M KOH电解液中氢析出Tafel曲线如图11中b所示，NiFeS/NF的Tafel斜率仅为102.93mV dec-1，远低于NF基底(204.11mV dec-1)，表明NiFeS/NF具有优异的析氢动力学。
在1M KOH，1M KOH+0.5M NaCl(模拟海水)和1M KOH+海水(碱性海水)中氢析出反应的线性扫描伏安曲线对比如图12所示，在碱性海水中500mA cm-2的过电位仅为347mV，仅比1M KOH和模拟海水分别高55和60mV。因此NiFeS/NF具有优异的海水电解析氢性能。尤其是在碱性海水中在500mA cm-2连续析氢24h后依旧保持稳定(图13)，没有明显的电压增加，表明NiFeS/NF电极还具有良好的碱性海水电解析氢稳定性。综上，NiFeS/NF电极可以作为快速海水电解产氢的阴极析氢催化电极。
在1M KOH电解液中全解水的线性扫描伏安曲线如图14中a所示，NiFeS/NF分别作为阴极和阳极，仅需要1.65V可以达到100mA cm-2的电流密度。在碱性海水中也仅需要1.67V就可以达到100mA cm-2的电流密度(图14中b)，说明NiFeS/NF可以抗海水中其他离子的干扰，具有优异的全解海水性能。在碱性海水中全解海水反应电流密度随时间变化的稳定性曲线如图15所示，在100和500mA cm-2运行25h后依旧保持稳定，性能没有衰减，表明NiFeS/NF电极具有良好的碱性海水全解水稳定性。综上，NiFeS/NF电极可以作为快速海水电解产氢的双功能催化电极。
实施例2
步骤一：称取50mM硝酸镍、50mM硝酸铁、100mM氟化铵和250mM尿素加入40mL去离子水中，搅拌均匀形成混合溶液；
步骤二：将2*3cm2的碳布置于步骤一所配置的溶液中，在120℃下的密闭容器中反应6h，得到Ni:Fe为1:1的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极(NiFe-LDH/NF)；
步骤三：将步骤二得到的NiFe-LDH/NF电极加入40mL含有0.2M硫化钠的水溶液中，在100℃下的密闭容器中反应8h；结束后，用去离子水冲洗得到硫化镍铁电极(NiFeS/NF)。
实施例3
步骤一：称取25mM硝酸镍、75mM硝酸铁、100mM氟化铵和250mM尿素加入40mL去离子水中，搅拌均匀形成混合溶液；
步骤二：将2*3cm2的泡沫镍置于步骤一所配置的溶液中，在120℃下的密闭容器中反应6h，得到Ni:Fe为1:3的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极(NiFe-LDH/NF)；
步骤三：将步骤二得到的NiFe-LDH/NF电极加入40mL含有0.2M硫化钠的水溶液中，在100℃下的密闭容器中反应8h；结束后，用去离子水冲洗得到硫化镍铁电极(NiFeS/NF)。
实施例4
步骤一：称取50mM硝酸镍、50mM硝酸铁、200mM氟化铵和250mM尿素加入40mL去离子水中，搅拌均匀形成混合溶液；
步骤二：将2*3cm2的泡沫镍置于步骤一所配置的溶液中，在120℃下的密闭容器中反应6h，得到Ni:Fe为1:1的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极(NiFe-LDH/NF)；
步骤三：将步骤二得到的NiFe-LDH/NF电极加入40mL含有0.2M硫化钠的水溶液中，在100℃下的密闭容器中反应8h；结束后，用去离子水冲洗得到硫化镍铁电极(NiFeS/NF)。
实施例5
步骤一：称取50mM硝酸镍、50mM硝酸铁、100mM氟化铵和250mM尿素加入40mL去离子水中，搅拌均匀形成混合溶液；
步骤二：将2*3cm2的泡沫镍置于步骤一所配置的溶液中，在150℃下的密闭容器中反应6h，得到Ni:Fe为1:1的镍铁双金属氢氧化物前驱体电极(NiFe-LDH/NF)；
步骤三：将步骤二得到的NiFe-LDH/NF电极加入40mL含有0.2M硫化钠的水溶液中，在100℃下的密闭容器中反应8h；结束后，用去离子水冲洗得到硫化镍铁电极(NiFeS/NF)。
对比例1
步骤一：称取50mM硝酸镍、50mM硝酸铁、100mM氟化铵和250mM尿素加入40mL去离子水中，搅拌均匀形成混合溶液；
步骤二：将2*3cm2的泡沫镍置于步骤一所配置的溶液中，在150℃下的密闭容器中反应6h，结束后，用去离子水冲洗得到Ni:Fe为1:1的镍铁双金属氢氧化物电极(NiFe-LDH/NF)。
所得NiFe-LDH/NF电极的场发射扫描电镜图如图6所示，表明NiFe-LDH/NF电极为在NF表面均匀生长的有序纳米片阵列。X射线衍射图如图7所示，最强的三重峰为NF基底的衍射峰，其他弱的峰为NiFe-LDH/NF的衍射峰，与JCPDS No.40-0215卡片对应，说明其良好的结晶性和单相晶体结构。
在1M KOH电解液中氧析出线性扫描伏安曲线如图8中a所示，在100和500mA cm-2的过电位分别为280mV和400mV，比商业RuO2分别低50mV和100mV。在1M KOH电解液中氧析出Tafel曲线如图8中b所示，NiFe-LDH/NF的Tafel斜率仅为80.47mV dec-1，远低于商业RuO2(138.33mV dec-1)，表明NiFe-LDH/NF具有不错的析氧动力学。
在1M KOH电解液中氢析出线性扫描伏安曲线如图11中a所示，在100和500mA cm-2的过电位分别为319mV和505mV。在1M KOH电解液中氢析出Tafel曲线如图11中b所示，NiFeS/NF的Tafel斜率为186.26mV dec-1，远低于NF基底(204.11mV dec-1)，表明NiFe-LDH/NF具有优异的析氢动力学。在1MKOH电解液中全解水的线性扫描伏安曲线如图14中a所示，NiFe-LDH/NF分别作为阴极和阳极，需要1.84V可以达到100mA cm-2的电流密度。在碱性海水中也仅需要1.86V就可以达到100mA cm-2的电流密度(图14中b)，说明NiFe-LDH/NF具有不错的全解海水性能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极，其特征在于，包括：
催化剂载体；
在所述催化剂载体表面原位生长有硫化镍铁纳米片阵列；
其中，所述催化剂载体为三维自支撑泡沫。
2.如权利要求1所述的应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极，其特征在于，所述的三维自支撑泡沫包括：泡沫镍、泡沫铜、泡沫镍铁、泡沫钛、碳布。
3.一种应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极的制备方法，其特征在于，包括：
将镍盐、铁盐、氟化铵和尿素在溶液中混合均匀，得到混合溶液；
将三维自支撑泡沫置于所述混合溶液中，加热进行反应，得到镍铁双金属氢氧化物前驱体电极；
将所述镍铁双金属氢氧化物前驱体电极与硫盐在溶液中混合，使其充分浸没，加热进行反应，结束后，洗涤，得到硫化镍铁电极。
4.如权利要求3所述的应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极的制备方法，其特征在于，镍盐、铁盐选自任一种可溶性金属盐，镍盐：铁盐的摩尔比为1:10～10:1；
或，金属盐的总摩尔浓度为10～100mM。
5.如权利要求3所述的应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极的制备方法，其特征在于，氟化铵与总金属盐的摩尔比为5:1～1:5。
6.如权利要求3所述的应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极的制备方法，其特征在于，尿素与总金属盐的摩尔比为5:1～1:5。
7.如权利要求3所述的应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极的制备方法，其特征在于，将三维自支撑泡沫置于所述混合溶液中进行反应的条件为于90～200℃下反应2～72h。
8.如权利要求3所述的应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极的制备方法，其特征在于，所述硫源为硫化钠、硫代乙酰胺、硫脲或硫粉；
或，硫源的浓度为0.1～1M。
9.如权利要求3所述的应用于海水快速全电解制氢的低成本催化电极的制备方法，其特征在于，所述镍铁双金属氢氧化物前驱体电极与硫盐进行反应的条件为于80～200℃下反应2～72h。
10.权利要求1或2所述的催化电极在催化阴极氢析出和阳极氧析出中的应用，其特征在于，催化反应包括：淡水、碱性模拟海水和碱性海水的氧析出反应、氢析出反应和全水解反应。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116445973A (zh) * 2023-06-13 2023-07-18 四川省产品质量监督检验检测院 纳米自支撑镍铁材料及其在电解制氢的应用
CN117144410A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 山东理工大学 Ni5FeCuCrS3/MXene/NF电催化复合电极及其制备方法和应用
CN117463342A (zh) * 2023-12-27 2024-01-30 山东海化集团有限公司 一种用于电解海水的多孔中空管状异质结催化剂的制备方法及其析氧应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116445973A (zh) * 2023-06-13 2023-07-18 四川省产品质量监督检验检测院 纳米自支撑镍铁材料及其在电解制氢的应用
CN116445973B (zh) * 2023-06-13 2023-08-18 四川省产品质量监督检验检测院 纳米自支撑镍铁材料及其在电解制氢的应用
CN117144410A (zh) * 2023-11-01 2023-12-01 山东理工大学 Ni5FeCuCrS3/MXene/NF电催化复合电极及其制备方法和应用
CN117144410B (zh) * 2023-11-01 2024-01-09 山东理工大学 Ni5FeCuCrS3/MXene/NF电催化复合电极及其制备方法和应用
CN117463342A (zh) * 2023-12-27 2024-01-30 山东海化集团有限公司 一种用于电解海水的多孔中空管状异质结催化剂的制备方法及其析氧应用
CN117463342B (zh) * 2023-12-27 2024-04-05 山东海化集团有限公司 一种用于电解海水的多孔中空管状异质结催化剂的制备方法及其析氧应用

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