[发明专利]一种嵌入钌锆复合氧化物的镍基活性电极材料及其制备方法

说明书

本发明提供了一种嵌入钌锆复合氧化物的镍基活性电极材料及其制备方法。所述的活性材料的嵌入体为钌锆复合氧化物，平均颗粒尺度为12 nm，其中Zr∶Zr+Ru摩尔比为0.16～0.20∶1。所述的嵌入钌锆复合氧化物的镍基活性电极材料的制备方法，采用复合电镀方法，将镍和钌锆复合氧化物同时沉积，获得嵌入钌锆复合氧化物的镍基活性电极材料。该材料具有优越的析氢活性，制备方法简单，可操作性强，原料易得，成本低。

技术领域

本发明属于应用电化学和能源工业的电极材料领域，具体涉及一种具有高催化性能的电极材料及其制备方法。

背景技术

1967年含有贵金属氧化物的电极问世后，人们发现这类氧化物具有非常高的电催化活性，因此被称为活性氧化物材料，或简单称为活性材料。最为优越的活性材料是含钌氧化物，大量研究发现，通过掺杂非贵金属元素不仅可以提高含钌阳极材料的综合性能，而且可以明显降低含钌阳极的制作成本，从而使含钌复合氧化物在许多电化学工业中被大量应用。活性阳极的应用，大幅度提高了电极材料的析氯和析氧活性，降低了电耗。相对于阳极材料，对阴极材料的研究较为薄弱，在许多场合仍然采用电催化活性和稳定性较低的镍金属或钛金属作为阴极材料，严重制约了相关电化学工业领域（包括氯碱工业、氯酸盐工业、制药工业和新能源工业等）的发展。20年前，国外专家发现在镍金属中添加活性更高的组元，形成混合物可以使阴极材料的活性显著提高（Ni+RuO₂ co-deposited electrodes forhydrogen evolution，《Electrochemical Acta》2000年45卷4195至4202页）。以后在电化学工业中开发成功了镍基二氧化钌（Ni+RuO₂）的活性阴极材料，即在镍金属中嵌入了单元氧化物RuO₂。然而到目前为止，人们在如何设计具有嵌入结构的阴极材料，以及如何引入掺杂元素，来提高嵌入体的催化活性和耐蚀性，均未出现新的突破，这与阳极材料的不断进步形成反差。为此，本科研团队主持国家自然科学基金项目，一方面针对可以制作嵌入体的含RuO₂复合氧化物的阴极行为进行了系列研究（Ru-Mn氧化物涂层钛阴极的制备与析氢性能，《金属热处理》2009年34卷11期36至39页），另一方面针对具有嵌入结构的阳极材料的相关机理进行了深入研究（Adding a Spinodal Decomposition Retarder: An Approach toImproving Electrochemical Properties of Ruthenium–Tin Complex Oxides，《Journalof Electrochemical Society》2014年161卷10期E119至E127页）。通过系统的分析研究发现，仅有少数几种掺杂RuO₂适合用作阴极材料的活性嵌入体。其中，添加一定含量的锆元素的混合氧化物（Ru_1-xZr_xO₂）可以制备阴极活性嵌入体，从而开发出可适应于酸性介质的新型镍基复合氧化物（Ni+Ru_1-xZr_xO₂）活性阴极材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种嵌入钌锆复合氧化物的镍基活性电极材料及其制备方法。

本发明所述的电极材料中的嵌入体为钌锆复合氧化物，可以采用常规的热分解或共沉积方法制备，平均颗粒尺度为12 nm左右。

本发明所述的钌锆复合氧化物，其中Zr∶Zr+Ru摩尔比为0.16～0.20∶1。

本发明所述的在镍基中嵌入钌锆复合氧化物，可以使传统镍基阴极材料的活性得到大幅度的提高，也具有比镍基二氧化钌材料更优越的综合性能，由于采用锆来部分代替贵金属元素钌，使得制作成本显著降低。

本发明所述的镍基钌锆复合氧化物材料，可以应用于氯碱、氯酸盐、水电解、有机溶液电解、超电容、储氢电池、燃料电池等电化学工业中制作阴极部件，其中特别适应于酸性介质的析氢反应。