[发明专利]蜂窝状大孔结构过渡金属基催化剂电极及其制备方法和应用

权利要求书

1.蜂窝状大孔结构过渡金属基催化剂电极在电催化中的应用，其特征在于：所述蜂窝状大孔结构过渡金属基催化剂电极是通过以下步骤制得：

S1：合成聚苯乙烯亚微米球水溶液；聚苯乙烯亚微米球是以苯乙烯为单体、过硫酸盐为氧化剂，与水混合后加热反应制备得到；

所述苯乙烯单体的体积浓度为5％-20％；所述过硫酸盐为过硫酸钾，其浓度为0.2-3mol/L；所述加热反应的温度为70-95℃；聚苯乙烯亚微米球的尺寸为100-1000nm；

S2：配制过渡金属盐溶液，将过渡金属盐溶液与聚苯乙烯亚微米球水溶液混合得到混合液，将混合液喷涂于导电基底上成膜；将喷涂成膜的导电基底进行高温煅烧，得到蜂窝状大孔结构的过渡金属氧化物前驱体薄膜；

所述过渡金属盐溶液为金属镍盐溶液；所述金属镍盐溶液的配制方法为：按比例称取金属镍盐和柠檬酸，共同溶解于乙醇中；

S3：将过渡金属氧化物薄膜在惰性气体保护下，于高温下进行硫化或硒化或磷化处理，得到蜂窝状大孔结构的过渡金属基催化剂电极；

所述硫化处理以硫粉作为硫源，所述硫化温度为300-600℃，所述硫化温度的升温速率为2-10℃/min，硫化时间为1-5h；

所述硒化处理是以硒粉作为硒源，所述硒化温度为400-600℃，所述硒化温度的升温速率为2-15℃/min，硒化时间为1-5h；

所述磷化处理是以红磷或次磷酸钠作为磷源；所述磷化温度为300-600℃，所述磷化温度的升温速率为2-10℃/min，磷化时间为1-5h。

2.如权利要求1所述的蜂窝状大孔结构过渡金属基催化剂电极在电催化中的应用，其特征在于：步骤S2中，所述金属镍盐与柠檬酸的浓度为5-50mol/L，所述金属镍盐和柠檬酸的摩尔比为5:1-1:1；所述金属镍盐为硝酸镍、氯化镍或者硫酸镍。

3.如权利要求1所述的蜂窝状大孔结构过渡金属基催化剂电极在电催化中的应用，其特征在于：步骤S2中，所述金属镍盐溶液与聚苯乙烯亚微米球水溶液的体积比为30:1-1:1。

4.如权利要求1所述的蜂窝状大孔结构过渡金属基催化剂电极在电催化中的应用，其特征在于：步骤S2中，所述高温煅烧的温度为300-600℃，高温煅烧的升温速率为2-10℃/min，高温煅烧的时间为1-5h。

5.如权利要求1所述的蜂窝状大孔结构过渡金属基催化剂电极在电催化中的应用，其特征在于：上述制备得到的硫化镍/硒化镍催化剂电极用于制备电池，其具体制备方法如下：

1)采用丝网印刷的方法将P25型TiO₂纳米颗粒浆料印刷在FTO导电玻璃上，控制其厚度为16μm左右，将印刷有TiO₂纳米颗粒浆料的FTO导电玻璃置于程序控温马弗炉中于500℃热处理1h，然后冷却至室温；

2)再将所述FTO导电玻璃于70℃条件下浸泡于浓度为40mmol/L的TiCl₄的水溶液中30min后取出，然后于520℃烧结30min，冷却到80℃左右时，将其浸泡于N719染料中约16小时，取出即可得到吸附N719染料的工作电极；

3)配置电解液，包含0.05mol/L碘化锂，0.03mol/L碘单质，0.1mol/L硫氰酸胍，0.5mol/L叔丁基吡啶以及0.6mol/L的1-丙基-3-甲基碘化咪唑，溶剂为体积比为85:15的乙腈和戊腈混合溶剂；将制备得到的蜂窝状大孔结构的硫化镍/硒化镍电极作为对电极与工作电极、电解液组装成三明治型电池。

6.如权利要求1所述的蜂窝状大孔结构过渡金属基催化剂电极在电催化中的应用，其特征在于：上述制备得到的磷化镍催化剂电极用于电催化分解水产氢，其具体制备方法如下：

磷化镍催化剂电极用于电化学分解水，电化学分解水产氢测试采用三电极电解池，其中，电解液为0.5M的H₂SO₄，以负载蜂窝状大孔结构的Ni₂P的泡沫镍为工作电极，碳棒为对电极，Ag/AgCl为参比电极，测试其电催化分解水产氢性能；

其中，负载蜂窝状大孔结构的Ni₂P表现出十分优异的电催化产氢催化活性，并通过计算得到，其达到200mA/cm²的电流过电位仅需要0.25V，而泡沫镍需要0.55V。