[发明专利]一种氧析出电极及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种氧析出电极，包括泡沫金属与负载于泡沫金属骨架上的双金属氢氧化物或金属氢氧化物复合物。将泡沫金属浸渍于含有金属离子的溶液中，通过金属离子在水溶液中的水解沉淀反应沉积于泡沫金属上。本发明不使用有机沉淀剂，避免对环境的污染；不使用强碱性沉淀剂，金属盐水解沉淀缓慢均匀，最终得到的催化剂金属分散均匀；不使用高温高压设备，安全廉价，易于放大与批量制备；催化剂原位负载在载体上，结合力强不易脱落，接触电阻小。本发明制备的氧析出电极过活性高电位低，电极内阻小，催化剂不易脱落，电极寿命长，成本低，易于工业化生产。

技术领域

本发明涉及一种氧析出电极材料、本发明还涉及该氧析出电极的制备方法和应用。

背景技术

氧析出反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)在电解水、可再生燃料电池、二次金属/空气电池中具有十分重要的地位，但由于氧析出反应动力学过程慢，需要较高的过电位，因此国内外研究者对氧析出反应的催化剂及电极进行了广泛的研究。

目前性能较高的氧析出反应的催化剂为Ir基与Ru基贵金属及其氧化物，但由于其储量低、价格高，因此近年来对非贵金属氧析出催化剂进行了广泛的探索。在各种非贵金属催化剂中，层状双氢氧化物类(Layered Double Hydroxides,LDHs)催化剂，尤其是NiFe基LDH催化剂具有较高的催化性能与稳定性，是一种具有广阔应用前景的非贵金属氧析出催化剂。但此类催化剂的制备过程较为复杂，一般可通过共沉淀法、水热法、电沉积法等制备，制备过程需要精细控制实验pH等条件、使用高压反应装置或昂贵的仪器等，限制了LDHs类催化剂的广泛应用。

发明内容

本发明针对现有技术中层状双氢氧化物类催化剂制备过程复杂，难以应用的缺点，采用泡沫镍浸渍于Ni、Fe、Co等金属阳离子的溶液中通过水解沉淀制备得到微观上具有纳米片状的双金属氢氧化物或金属氧化物与金属氢氧化物的复合物自组装成的花状微米球催化剂。本发明采用以下方案来实现：

一种氧析出电极，其特征在于：所述氧析出电极以泡沫金属为电极支撑体及骨架，其上均匀负载有由纳米片状的催化剂自组装成的花状微米球，所述催化剂为双金属氢氧化物，或为第一金属氢氧化物与第二金属氢氧化物的复合物、或双金属氢氧化物与双金属中一种或二种相同金属的氢氧化物的复合物。

所述纳米片状催化剂厚度为10-100nm；所述花状微米球的直径为500nm-5μm。

所述纳米片状催化剂厚度较优为10-50nm；所述花状微米球的直径较优为500nm-2μm。

所述氧析出电极中双金属氢氧化物的载量为0.1-10mg/cm2；或所述氧析出电极中第一金属氢氧化物的载量为0.01-5mg/cm2；第二金属氢氧化物的载量为0.01-5mg/cm2。

所述泡沫金属支撑体的厚度为0.5-5mm；所述双金属氢氧化物为Ni、Fe、Co、Al、Zn、Mn中任一两种的氢氧化物，以金属计，其中一种金属为双金属总摩尔含量的1-99％；所述第一金属氢氧化物与第二金属氢氧化物的复合物中的第一和第二金属氢氧化物分别为Ni、Fe、Co、Al、Zn、Mn中的任一一种金属的氢氧化物；且第一和第二金属不同，第一金属氢氧化物为两种金属氢氧化物总摩尔含量的1-99％。

将泡沫镍支撑体浸渍于含有Ni、Fe、Co、Al、Zn、Mn中任一两种阳离子的盐溶液中1小时以上得到。

所述溶液温度范围为0-100℃，所述溶液温度范围较优为30-90℃；所述泡沫镍于盐溶液中的浸渍时间较优为3-15天之间。

所述两种金属阳离子开始水解沉淀的pH差小于2；pH差较优为小于0.2。

所述盐溶液中金属阳离子的浓度为0.0001-1mol/L，两种金属阳离子总浓度为0.1-2mol/L。

所述溶液pH范围为4-10；pH范围较优为6-8。