CN116180102B - 一种负载型镍铁基析氧电极及其制备方法与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种负载型镍铁基析氧电极及其制备方法与应用，所述制备方法包括：金属基底浸泡于混合液中，得到所述负载型镍铁基析氧电极；所述混合液由铁盐、镍盐与溶剂混合得到。本发明以铁盐和镍盐的混合液为前驱溶液，通过镍盐的加入，调控对金属基底的刻蚀，实现在金属基底表面原位生长镍铁氢氧化物的目的；本发明通过简单的浸渍工艺，省略浸渍后清洗工艺，大大缩短了浸渍时间，得到组分均匀且具有高稳定性的析氧电极，所述析氧电极的生长条件为温和，处理流程简单，无需额外添加粘结剂，能避免长时间电解水过程中催化剂的脱落，易于工业化大规模生产，能解决目前镍铁氢氧化物催化剂生产工艺复杂的问题。
Description
技术领域
本发明属于电解水制氢领域，涉及一种负载型析氧电极，尤其涉及一种负载型镍铁基析氧电极及其制备方法与应用。
背景技术
电解水制氢可以将太阳能和风能等可再生能源以化学燃料的形式存储，使人类摆脱对传统化石能源(煤炭、石油和天然气)的过度依赖，并解决碳排放造成环境污染的问题。然而在水电解反应中，阳极一侧的析氧反应(OER)由于涉及复杂的四电子转移，其具有反应动力学过度迟滞的问题，是电解水反应的瓶颈。目前许多过渡金属氢氧化物常被用作碱性OER催化剂，其中以NiFe和CoFe基催化剂的性能最为优异，是目前最具前景的催化剂类型。
考虑到析氧电催化苛刻的工作环境及其稳定性的需求，NiFe基氢氧化物需要原位生长在集流体上(如镍网或泡沫镍)。然而，现阶段的原位生长方法通常需要采用水热、水浴或电化学沉积等繁琐的工艺，或者采用高温及高压等苛刻的反应条件，同时会用到复杂的设备；所制得的氢氧化物具有片层较大，催化活性位点密度较低的特点，限制了析氧电催化性能的发挥。
CN 107620087A公开了一种羟基氧化铁-镍铁水滑石一体化析氧电极的制备工艺，所述电极为泡沫镍负载镍铁水滑石及羟基氧化铁。制备过程需要在100～180℃的加热条件下进行水热反应，涉及到高温高压的反应条件，且反应过程中使用了尿素，因此需要对废液进行复杂的回收处理。
CN 108193227A公开了一种镍铁水滑石基电催化电极的制备工艺，所述电极体系以镍铁水滑石结构为催化活性中心，泡沫镍为电极材料。采用原位电沉积工艺，通过恒电位或恒电流沉积得到电催化析氧电极。其公开的制备工艺需要额外的电源设备，工艺繁琐，不利于工业大规模生产。
为了解决合成条件苛刻且繁琐的问题，目前也陆续开发出针对镍铁氢氧化物的温和条件浸渍生长工艺，即在含Fe3+和/或Fe2+盐溶液浸渍生长，然后经过冲洗干燥得到析氧电极，但这种工艺具有耗时长，载量不高，对Ni基底刻蚀严重，Fe2+离子易被空气氧化(如采用)的问题，所制备NiFe催化剂组分不均，因而在碱性反应条件下特别是高碱条件下存在易溶解地问题。
CN 109790633 B公开了一种掺铁氧化泡沫镍电极的方法，将泡沫镍放入含铁的碱性溶液中经重复循环伏安扫描，制备析氧电极。所述电极制备工艺简单，制得的析氧电极活性高，但在高浓度碱溶液(30wt％KOH)中，由于Ni2+和Fe3+在催化剂中的非均匀分散，催化剂容易出现脱落溶解(FeOOH+5OH-→FeO4 2-+3H2O+3e-)及催化活性较低等问题。
基于以上研究，如何提供一种负载型镍铁基析氧电极，其制备方法简单，无需采用高温高压的反应条件，对设备要求低，在温和条件下即可得到性能优异的析氧电极，易于工业大规模生产；同时，析氧电极能直接作为电解水的阳极，无需再额外添加粘结剂，在长时间电解水过程中催化剂不易脱落，成为了目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种负载型镍铁基析氧电极及其制备方法与应用，所述负载型镍铁基析氧电极通过简单的浸渍工艺即可得到，同时其具有较高析氧活性，生长条件温和，处理流程简单，无需额外添加粘结剂，能避免长时间电解水过程中催化剂脱落的问题，易于工业化大规模生产，能解决目前镍铁氢氧化物催化剂生产工艺复杂的问题。
为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种负载型镍铁基析氧电极的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
金属基底浸泡于混合液中，得到所述负载型镍铁基析氧电极；
所述混合液由铁盐、镍盐与溶剂混合得到。
本发明所述金属基底浸泡于混合液中，金属基底表面会发生氧化(M→M2++2e-，O2+2H2O+4e-→4OH-)，从而实现对金属基底表面的刻蚀，在局部高碱浓度的作用下，金属基底表面会原位生长出金属氢氧化物；同时，根据能斯特方程E＝E0+0.0529/n lg([Ni2+])，镍盐的加入会缓解金属基底的快速溶解，从而减少新沉积金属氢氧化物的脱落，促进金属氢氧化物在金属基底的生长。
优选地，所述制备方法还包括浸泡后的直接进行烘干。
本发明采用浸渍后直接进行干燥方法，相比于常规清洗干燥工艺，省略了浸渍后的清洗工艺，残余液中的离子能进一步以金属氢氧化物的形式附着在金属基底上，在浸渍时间缩短的情况下，提高了催化剂负载量，从而减缓金属基底刻蚀；此外，浸渍混合液中Ni2+盐的引入，保证了较短浸渍时间下充足的镍源，利于Ni2+和Fe3+离子在负载催化剂中均匀混合，从而实现高碱环境下的稳定性。
优选地，所述浸泡的温度为20～80℃，例如可以是20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃或80℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述浸泡的时间为0.5～4h，例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、2.5h、3h、3.5h或4h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为1～2h。
优选地，所述混合液中还包括螯合剂。
优选地，所述螯合剂包括氟化铵。
本发明采用氟化铵作为螯合剂，用于调控铁基氢氧化物析出，实现铁离子在镍基氢氧化物的良好分散，同时氟化铵的引入，配合铁盐溶液的酸性环境，能够加强对基底的刻蚀，提升催化剂在基底上的牢固性。
优选地，所述混合液中，螯合剂的浓度为0.05～0.15M，例如可以是0.05M、0.1M或0.15M，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述混合液中还包括碱源。
为了进一步提升析氧电极在高温高碱浓度下的活性与稳定性，获得在电极表面生长牢固且均匀的镍铁催化剂，本发明在以镍盐和铁盐作为金属氢氧化物的前驱溶液中，同时引入了碱源和螯合剂，实现在金属基底上均匀负载镍铁氢氧化物催化剂的目的。
优选地，所述碱源包括尿素；
本发明采用尿素作为碱源，通过尿素的受热分解，为氢氧化物的均匀沉积提供了条件。
优选地，所述混合液中，碱源的浓度为0.1～0.3M，例如可以是0.1M、0.2M或0.3M，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述浸泡时伴随搅拌。
本发明在浸泡过程中进行加热搅拌，可以消除局部浓度差异，获得更高结晶度的催化剂，并且此工艺还能避免水热的高温高压环境，利于大尺寸析氧电极的制备。
进一步优选的，混合液中不包括碱源与螯合剂时的浸泡温度为25～35℃，混合液中包括碱源和/或螯合剂的浸泡温度为60～80℃。
优选地，所述混合液中，镍盐和铁盐的浓度和为30～220mM，例如可以是30mM、50mM、100mM、150mM、200mM或220mM，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述镍盐和铁盐的浓度之比为(1～10):(1～2)，例如可以是5:1.5、1:2、10:1或5:2，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用，优选为(1～3):1。
优选地，所述金属基底使用前进行清洗和干燥。
优选地，所述清洗的方法包括依次采用酸液、去离子水和有机溶剂进行超声清洗。
优选地，所述酸液包括盐酸溶液、硝酸溶液或硫酸溶液中的任意一种或至少两种的组合；
优选地，所述酸液中酸的质量百分数为8～12wt％，例如可以是8wt％、10wt％或12wt％，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述有机溶剂包括乙醇和/或丙酮。
优选地，所述超声清洗的时间为10～20min，例如可以是10min、15min或20min，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述干燥的温度为40～70℃，例如可以是40℃、50℃、60℃或70℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述干燥的时间为8～24h，例如可以8h、12h、16h、20h或24h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述金属基底浸泡后直接取出，水平放置进行烘干。
本发明所述金属基底浸泡后，水平烘干的目的是为了避免金属基底的残余液体在底部聚集，导致催化剂生长不均匀的现象。
优选地，所述烘干的温度为40～70℃，例如可以是40℃、50℃、60℃或70℃，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述烘干的时间为8～24h，例如可以8h、12h、16h、20h或24h，但不限于所列举的数值，数值范围内其它未列举的数值同样适用。
优选地，所述铁盐包括硝酸铁和/或氯化铁。
优选地，所述镍盐包括硝酸镍和/或乙酸镍。
优选地，所述溶剂包括去离子水。
优选地，所述金属基底包括泡沫镍、泡沫镍钴、泡沫铁镍或镍网中的任意一种或至少两种的组合，典型但非限制的组合包括泡沫镍和泡沫镍钴的组合，泡沫铁镍和泡沫镍钴的组合，或镍网和泡沫铁镍的组合。
作为本发明优选的技术方案，所述制备方法包括如下步骤：
(1)铁盐、镍盐、碱源和螯合剂于溶剂中，得混合液；
所述混合液中，镍盐和铁盐的浓度和为30～220mM，浓度之比为(1～10):(1～2)；
所述混合液中，碱源的浓度为0.1～0.3M，螯合剂的浓度为0.05～0.15M；
(2)依次采用酸液、去离子水和有机溶剂超声清洗金属基底10～20min后，在40～70℃下干燥8～24h，然后垂直置入步骤(1)所述混合液中20～80℃浸泡0.5～4h；
所述浸泡过程中保持搅拌；
(3)取出步骤(2)浸泡后的金属基底后，直接在40～70℃下，水平放置进行烘干8～24h，得到所述负载型镍铁基析氧电极。
第二方面，本发明提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极采用如第一方面所述的制备方法得到。
所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物。
第三方面，本发明提供了一种如第二方面所述的负载型镍铁基析氧电极的应用，所述应用包括用于电解水制氢。
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明采用简单的浸渍法得到具有较高析氧活性的负载型镍铁基析氧电极，其以铁盐和镍盐为前驱溶液，通过镍盐的加入，调控对金属基底的刻蚀，实现了在金属基底表面原位生长镍铁氢氧化物的目的；所述负载型镍铁基析氧电极的生长条件温和，为温和处理工艺，也无需额外添加粘结剂，能够避免长时间电解水过程中催化剂脱落的问题，易于工业化大规模生产，能解决目前镍铁氢氧化物催化剂生产工艺复杂的问题；
(2)在本发明中，Fe3+盐和Ni2+盐组成混合前驱溶液，通过直接浸渍干燥工艺，省略浸泡后清洗步骤，来制备镍铁氢氧化物析氧电极，其不仅能缓解基底刻蚀，提高催化剂负载量，同时还能减少原料消耗，节约时间成本，获得组分均匀且在催化反应条件下稳定的析氧电极；能够克服在传统的浸渍工艺中，通常认为Fe3+盐能通过刻蚀镍基底而获得部分Ni2+，因而主观上无需额外添加Ni2+，使析氧电极在高碱条件下容易发生催化剂脱落和溶解的问题。
(3)本发明通过添加尿素和氟化铵，进一步提升了催化剂的活性，由于尿素的受热分解为氢氧化物的沉积提供条件，氟化铵作为螯合剂，能调控Fe基氢氧化物析出，实现Fe离子在镍基氢氧化物的良好分散；同时氟化铵的引入配合铁盐溶液的酸性环境，能够加强对基底的刻蚀，提升催化剂在基底上的牢固性；此外，浸泡过程配合相应的加热搅拌工艺，可以消除局部浓度差异，获得更高结晶度的催化剂，并且此工艺还能避免水热的高温高压环境，利于大尺寸析氧电极的制备。
附图说明
图1是实施例1提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图2是实施例4提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图3是实施例5提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图4是实施例6提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图5是实施例7提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图6是实施例13提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图7是实施例14提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图8是实施例15提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图9是对比例1提供的泡沫镍的SEM图。
图10是实施例1提供的负载型镍铁基析氧电极的EDS曲线图。
图11是对比例1提供的泡沫镍的EDS曲线图。
图12是实施例1提供的负载型镍铁基析氧电极，对比例1和对比例3提供的析氧电极的析氧线性扫描伏安曲线图。
图13是对比例1提供的析氧电极，实施例4、实施例5、实施例6和实施例7提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫描伏安曲线图。
图14是对比例1提供的析氧电极，实施例1、实施例8和实施例9提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫描伏安曲线图。
图15是对比例1提供的析氧电极，实施例10和实施例11提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫描伏安曲线图。
图16是对比例1提供的析氧电极和实施例12提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫描伏安曲线图。
图17是对比例1提供的析氧电极，实施例13、实施例14和实施例15提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫描伏安曲线图。
图18是对比例2提供的析氧电极和实施例16提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫描伏安曲线图。
图19是实施例17提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图20是实施例17提供的负载型镍铁基析氧电极激活阶段的循环伏安曲线。
图21是实施例17提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线。
图22是实施例18、实施例19和实施例20提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线。
图23是实施例20提供的负载型镍铁基析氧电极激活阶段的循环伏安曲线。
图24是实施例21提供的负载型镍铁基析氧电极的SEM图。
图25是实施例21提供的负载型镍铁基析氧电极的EDS曲线图。
图26是实施例21提供的负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线。
图27是实施例21提供的负载型镍铁基析氧电极的稳定性测试谱图。
图28是实施例21提供的负载型镍铁基析氧电极的稳定性测试谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法包括如下步骤：
(1)硝酸镍和硝酸铁溶于40mL去离子水中，得混合液；
所述混合液中，硝酸镍的浓度为60mM，硝酸铁的浓度为20mM，硝酸镍和硝酸铁的浓度比为3:1；
(2)将2cm×2cm的泡沫镍依次采用10wt％盐酸溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮超声10min，在60℃下干燥12h后，置入步骤(1)所述混合液中25℃浸泡1.5h
(3)取出步骤(2)浸泡后的泡沫镍，直接在60℃下，水平放置进行烘干12h后，得到所述负载型镍铁基析氧电极；
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图1所示，所述负载型镍铁基析氧电极的EDS曲线如图10所示，所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图12和图14所示。
实施例2
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法包括如下步骤：
(1)硝酸镍和硝酸铁溶于40mL去离子水中，得混合液；
所述混合液中，硝酸镍的浓度为60mM，硝酸铁的浓度为20mM，硝酸镍和硝酸铁的浓度比为3:1；
(2)将2cm×2cm的泡沫镍依次采用8wt％硝酸溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮超声20min，在70℃下干燥8h后，置入步骤(1)所述混合液中25℃浸泡1.5h；
(3)取出步骤(2)浸泡后的泡沫镍，直接在40℃下，水平放置进行烘干24h后，得到所述负载型镍铁基析氧电极。
实施例3
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法包括如下步骤：
(1)硝酸镍和硝酸铁溶于40mL去离子水中，得混合液；
所述混合液中，硝酸镍的浓度为60mM，硝酸铁的浓度为20mM，硝酸镍和硝酸铁的浓度比为3:1；
(2)将2cm×2cm的泡沫镍依次采用12wt％硫酸溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮超声10min后，在40℃下干燥24h后，置入步骤(1)所述混合液中25℃浸泡1.5h；
(3)取出步骤(2)浸泡后的泡沫镍，直接在70℃下，水平放置进行烘干8h后，得到所述负载型镍铁基析氧电极。
实施例4
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除步骤(1)所述混合液中，硝酸镍的浓度为10mM，使硝酸镍和硝酸铁的浓度比为1:2外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图2所示，所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图13所示。
实施例5
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除步骤(1)所述混合液中，硝酸镍的浓度为20mM，使硝酸镍和硝酸铁的浓度比为1:1外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图3所示，所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图13所示。
实施例6
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除步骤(1)所述混合液中，硝酸镍的浓度为100mM，使硝酸镍和硝酸铁的浓度比为5:1外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图4所示，所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图13所示。
实施例7
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除步骤(1)所述混合液中，硝酸镍的浓度为200mM，使硝酸镍和硝酸铁的浓度比为10:1外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图5所示，所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图13所示。
实施例8
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除步骤(2)所述浸泡的时间为0.5h外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图14所示。
实施例9
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除步骤(2)所述浸泡的时间为4h外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图14所示。
实施例10
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除步骤(2)所述泡沫镍使用前未采用10wt％盐酸溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮超声清洗外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图15所示。
实施例11
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除步骤(2)浸泡后的泡沫镍依次采用去离子水、无水乙醇和丙酮进行冲洗外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图15所示。
实施例12
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除将步骤(1)所述硝酸镍等浓度替换为乙酸镍，硝酸铁等浓度替换为氯化铁外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图16所示。
实施例13
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除将步骤(2)所述泡沫镍替换为泡沫镍钴外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图6所示，所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图17所示。
实施例14
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除将步骤(2)所述泡沫镍替换为铁含量占20wt％的泡沫铁镍外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图7所示，所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图17所示。
实施例15
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除将步骤(2)所述泡沫镍替换为铁含量占40wt％的泡沫铁镍外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图8所示，所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图17所示。
实施例16
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法除将步骤(2)所述泡沫镍替换为镍网外，其余均与实施例1相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图18所示。
实施例17
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法包括如下步骤：
(1)硝酸镍、硝酸铁、尿素和氟化铵溶于40mL去离子水中，得混合液；
所述混合液中，金属盐的总浓度为40mM，硝酸镍和硝酸铁的浓度比为1:1；
所述混合液中尿素的浓度为0.2M，氟化铵的浓度为0.1M。
(2)将2cm×2cm的泡沫镍依次采用10wt％盐酸溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮超声10min，在60℃下干燥12h后，置入步骤(1)所述混合液中60℃浸泡1.5h；
(3)取出步骤(2)浸泡后的泡沫镍，在60℃下，水平放置进行烘干12h后，得到所述负载型镍铁基析氧电极；
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图19所示，激活阶段的循环伏安曲线如图20所示，析氧线性扫伏安曲线如图21所示。
实施例18
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法，除步骤(2)所述浸泡的温度为80℃外，其余均与实施例17相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图22所示。
实施例19
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法，除步骤(2)所述浸泡的时间为12h外，其余均与实施例18相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图22所示。
实施例20
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法，除步骤(1)所述混合液中不包括尿素外，其余均与实施例17相同。
所述负载型镍铁基析氧电极激活阶段的循环伏安曲线如图23所示，析氧线性扫伏安曲线如图22所示。
实施例21
本实施例提供了一种负载型镍铁基析氧电极，所述负载型镍铁基析氧电极表面负载镍铁氢氧化物；
所述负载型镍铁基析氧电极的制备方法，除步骤(2)所述泡沫镍替换为镍网外，其余均与实施例19相同。
所述负载型镍铁基析氧电极的SEM图如图24所示，EDS曲线如图25所示，析氧线性扫描伏安曲线如图26所示，稳定性测试谱图如图27和28所示。
对比例1
本对比例提供了一种析氧电极，所述析氧电极为2cm×2cm的泡沫镍；
所述泡沫镍的SEM图如图9所示，所述泡沫镍的EDS曲线如图11所示，所述泡沫镍的析氧线性扫描伏安曲线如图12～图17所示。
对比例2
本对比例提供了一种析氧电极，所述析氧电极为2cm×2cm的镍网；
所述镍网的析氧线性扫描伏安曲线如图18所示。
对比例3
本对比例提供了一种析氧电极；
所述析氧电极的制备方法包括如下步骤：
(1)硝酸铁溶于40mL去离子水中，得混合液；
所述混合液中，硝酸铁的浓度为80mM；
(2)将2cm×2cm的泡沫镍依次采用10wt％盐酸溶液、去离子水、无水乙醇和丙酮超声10min，在60℃下干燥12h后，垂直置入步骤(1)所述混合液中浸泡1.5h；
(3)取出步骤(2)浸泡后的泡沫镍，在60℃下，水平放置进行烘干12h后，得到所述析氧电极；
所述析氧电极的析氧线性扫伏安曲线如图12所示。
实施例1～21提供的负载型镍铁基析氧电极和对比例1～3提供的析氧电极分别取1cm×1cm的大小进行测试，所述测试方法如下：
EDS(X射线能谱分析)的测试方法为：使用日本电子JSM-7800F超级分辨率场发射扫描电子显微镜，及其EDS-mapping对样品的形貌和元素含量进行表征，形貌表征时，工作电压为5.0KV；元素含量表征时，工作电压为15.0KV。
析氧线性扫描伏安曲线的测试方法为：以实施例1～21提供的负载型镍铁基析氧电极和对比例1～3提供的析氧电极为工作电极，铂片为对电极，3.5M的氯化银电极为参比电极，质量分数为30wt％的KOH溶液为电解液，进行析氧线性扫描伏安曲线的测试。
测试结果如表1所示：
表1
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从表1可以看出以下几点：
(1)由实施例1～3可知，泡沫镍前处理清洗干燥的最佳条件均为60℃下干燥12小时。
(2)由实施例4～7可知，当混合液中镍盐与铁盐的浓度比达到1:1，进一步提升镍盐的含量时，结合图13可看出，并不能继续增强析氧电极的催化活性；由此可知，当混合液中的镍盐和铁盐的浓度比在优选范围时，有利于提升负载型镍铁基析氧电极的催化活性。
(3)由实施例1与实施例8～9可知，当金属基底浸泡时间达到1.5h后，继续延长浸渍时间，结合图14可看出，析氧电极的活性没有得到进一步提升。
(4)由实施例1与实施例10～11可知，实施例10制备过程中，金属基底使用前未进行清洗，无法去除泡沫镍表面的氧化层和有机层，即难以在泡沫镍表面生长出镍铁氢氧化物，结合图15和表1可看出，实施例10提供的负载型镍铁基析氧电极的催化活性下降；实施例11采用浸泡后的金属基底进行冲洗处理再干燥，结合图15和表1可看出，相比于实施例1，实施例11提供的负载型镍铁基析氧电极的催化活性下降，即直接浸渍干燥方法，浸渍残余液中的离子能进一步以金属氢氧化物的形式附着在金属基底上，提高了催化剂的负载量，进一步提升了浸渍法制备析氧电极的性能。
(5)由实施例12和对比例1可知，当镍盐与铁盐分别为乙酸镍和氯化铁时，泡沫镍浸泡后的性能也能得到明显提升，如图16所示，在500mA·cm-2的电流密度下，相对于3.5M的氯化银电极，实施例12提供的负载型镍铁基析氧电极的电压相较于对比例1降低了105mV，说明乙酸镍和氯化铁也适用于本发明.
(6)由实施例13～15与对比例1对比，以及实施例16与对比例2对比可知，当基底变为泡沫镍钴、泡沫铁镍以及镍网时，本发明的技术工艺仍然使用，能显著提升这些金属基体的析氧活性，具体析氧线性伏安扫描极化曲线如图17和图18所示。
(7)由实施例1与实施例17可知，实施例17所述混合液加入了尿素和氟化铵，相较于实施例1，实施例17提供的负载型镍铁基析氧电极整体的析氧活性更高；由此可知，尿素和氟化铵的加入，能够进一步提升负载型镍铁基析氧电极的催化活性，并且沉积的镍铁氢氧化物更加均匀。
(8)由实施例17和实施例18可知，实施例18浸泡的温度提升，相较于实施例17，实施例18提供的负载型镍铁基析氧电极整体的析氧活性稍下降；由此可知，在加入尿素和氟化铵后，合理的浸泡温度，能够进一步提升负载型镍铁基析氧电极的催化活性。
(9)由实施例18和实施例19可知，实施例19浸泡的时间延长，但对催化活性影响较小，因此本发明所述负载型镍铁基析氧电极，在较短的浸泡时间下，即可得到催化活性较高的产物。
(10)由实施例17与实施例20，结合图20和图23可知，氟化铵无论是与尿素一同加入，还是单独加入，激活阶段的循环伏安扫描(CV)曲线都不会随着圈数的增加而出现明显下降，且尿素与氟化铵一同加入后析氧电极的析氧活性优于氟化铵单独加入的析氧活性。
(11)由实施例21可知，当金属基底为镍网时，本发明的所述加入尿素和氟化铵的工艺仍能适用，并且相对于对比例2未进行处理的镍网，也能显著提升所述负载型镍铁基析氧电极析氧活性。
(12)由实施例1与对比例1可知，实施例1中泡沫镍在混合液中浸渍后，其析氧电催化活性比对比例1的活性得到明显提升，在500mA·cm-2的电流密度下，相对于3.5M的氯化银电极，实施例1提供的负载型镍铁基析氧电极的电压相较于对比例1降低了127mV。
(13)由实施例16与对比例2可知，实施例16中镍网在混合液中浸渍后，其析氧电催化活性比对比例2的活性得到明显提升，在500mA·cm-2的电流密度下，相对于3.5M的氯化银电极，实施例16提供的负载型镍铁基析氧电极的电压相较于对比例2降低了88mV。
(14)由实施例1与对比例3可知，对比例中金属基底浸泡的混合液中未加入镍盐，与实施例1相比，对比例3提供的析氧电极的析氧电催化活性下降，在500mA·cm-2的电流密度下，相对于3.5M的氯化银电极，实施例1提供的负载型镍铁基析氧电极的电压相较于对比例3降低了62mV；由此可知，本发明镍盐的加入会缓解金属基底的快速溶解，从而减少新沉积金属氢氧化物的脱落，促进金属氢氧化物在金属基底的生长。
综上所述，本发明提供了一种负载型镍铁基析氧电极及其制备方法与应用，所述制备方法包括：金属基底浸泡于混合液中，得到所述负载型镍铁基析氧电极；所述混合液由铁盐、镍盐与溶剂混合得到。本发明所述金属基底浸泡于混合液中，金属基底表面会发生氧化，从而实现对金属基底表面的刻蚀，在局部高碱浓度的作用下，能在金属基底表面原位生长金属氢氧化物；同时，镍盐的加入会缓解金属基底的快速溶解，从而减少新沉积金属氢氧化物的脱落，促进金属氢氧化物在金属基底的生长。本发明通过简单的浸渍工艺，得到具有较高析氧活性的析氧电极，所述析氧电极的生长条件为温和，处理流程简单，无需额外添加粘结剂，能避免长时间电解水过程中催化剂的脱落，易于工业化大规模生产，能解决目前镍铁氢氧化物催化剂生产工艺复杂的问题。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (18)
1.一种负载型镍铁基析氧电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
金属基底浸泡于混合液中，得到所述负载型镍铁基析氧电极；
所述浸泡的温度为60～70℃；
所述金属基底使用前进行清洗和干燥；
所述清洗的方法包括依次采用酸液、去离子水和有机溶剂进行超声清洗；
所述混合液由铁盐、镍盐、螯合剂、碱源与溶剂混合得到；
所述镍盐和铁盐的浓度之比为(1～3):1；
其中，所述螯合剂包括氟化铵；
所述混合液中，螯合剂的浓度为0.05～0.15M；
所述碱源包括尿素；
所述混合液中，碱源的浓度为0.1～0.3M；
所述浸泡时伴随搅拌；
所述制备方法还包括浸泡后的直接进行烘干。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为0.5～4h。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述浸泡的时间为1～2h。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述混合液中，镍盐和铁盐的浓度和为30～220mM。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸液包括盐酸溶液、硝酸溶液或硫酸溶液中的任意一种或至少两种的组合。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述酸液中酸的质量百分数为8～12wt％。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂包括乙醇和/或丙酮。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声清洗的时间为10～20min。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述干燥的温度为40～70℃，时间为8～24h。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属基底浸泡后直接取出，水平放置进行烘干。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述烘干的温度为40～70℃，时间为8～24h。
12.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述铁盐包括硝酸铁和/或氯化铁。
13.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镍盐包括硝酸镍和/或乙酸镍。
14.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂包括去离子水。
15.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属基底包括泡沫镍、泡沫镍钴、泡沫铁镍或镍网中的任意一种或至少两种的组合。
16.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
(1)铁盐、镍盐、碱源和螯合剂于溶剂中，得混合液；
所述混合液中，镍盐和铁盐的浓度和为30～220mM，浓度之比为(1～3):1；
所述混合液中，碱源的浓度为0.1～0.3M，螯合剂的浓度为0.05～0.15M；
(2)依次采用酸液、去离子水和有机溶剂超声清洗金属基底10～20min后，在40～70℃下干燥8～24h，然后置入步骤(1)所述混合液中60～70℃浸泡0.5～4h；
所述浸泡过程中伴随搅拌；
(3)取出步骤(2)浸泡后的金属基底后，直接在40～70℃下，水平放置进行烘干8～24h，得到所述负载型镍铁基析氧电极。
17.一种负载型镍铁基析氧电极，其特征在于，所述负载型镍铁基析氧电极采用如权利要求1～16任一项所述的制备方法得到。
18.一种如权利要求17所述的负载型镍铁基析氧电极的应用，其特征在于，所述应用包括用于电解水制氢。
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Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108707923A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-10-26 | 华东理工大学 | 一种以泡沫镍为载体的镍铁氢氧化物/还原氧化石墨烯电化学析氧催化剂及其制备方法 |
| CN109967080A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-05 | 浙江大学 | 一种负载在泡沫镍表面的无定形(Ni,Fe)OOH薄膜电催化剂的制备方法及应用 |
| CN111313041A (zh) * | 2019-06-17 | 2020-06-19 | 北京纳米能源与系统研究所 | 镍铁氢氧化物电催化剂以及制备方法与应用、自供能系统及其应用 |
| CN112774704A (zh) * | 2019-11-07 | 2021-05-11 | 天津大学 | 泡沫镍自支撑FeCo磷化物电催化剂及其制备方法和应用 |
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| KR20210083756A (ko) * | 2019-12-27 | 2021-07-07 | 재단법인대구경북과학기술원 | 산소 발생 반응용 전극 및 이의 제조방법 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108707923A (zh) * | 2018-06-11 | 2018-10-26 | 华东理工大学 | 一种以泡沫镍为载体的镍铁氢氧化物/还原氧化石墨烯电化学析氧催化剂及其制备方法 |
| CN109967080A (zh) * | 2019-03-28 | 2019-07-05 | 浙江大学 | 一种负载在泡沫镍表面的无定形(Ni,Fe)OOH薄膜电催化剂的制备方法及应用 |
| CN111313041A (zh) * | 2019-06-17 | 2020-06-19 | 北京纳米能源与系统研究所 | 镍铁氢氧化物电催化剂以及制备方法与应用、自供能系统及其应用 |
| CN112774704A (zh) * | 2019-11-07 | 2021-05-11 | 天津大学 | 泡沫镍自支撑FeCo磷化物电催化剂及其制备方法和应用 |
| KR20210083756A (ko) * | 2019-12-27 | 2021-07-07 | 재단법인대구경북과학기술원 | 산소 발생 반응용 전극 및 이의 제조방법 |
| WO2021184601A1 (zh) * | 2020-03-20 | 2021-09-23 | 苏州大学 | 泡沫镍基多孔NiFe水滑石纳米片及其制备和应用 |
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