[发明专利]一种镍基复合阵列材料及其制备工艺和应用

说明书

本发明涉及一种镍基复合阵列材料及其制备工艺和应用，以较为简洁的工艺在基体阴极材料表面制备镍基阵列，通过镍基阵列所具有的极高比表面积的特点提高活性组分的比表面积，而且使其具有非常良好的循环稳定性，通过控制制备工艺中的各项条件可对镍基阵列的密度及阵列厚度进行调控，可适应更多使用条件，制备工艺中大部分原料可循环利用，对设备要求较低，制备成本低，有利于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种催化电极，尤其涉及一种具有高效电催化分解水性能的镍基复合阵列材料及其制备工艺和应用。

背景技术

目前随着生活水平的提高和环境保护意识的日益增强，人们渴望寻找新能源以解决化石能源短缺及改善由于滥用化石能源所引起的环境污染等问题，其中氢能被认为是最清洁的能源之一，而电催化分解水是制氢的一种重要途径。然而，电解水制取氢气与氧气过程中，析氧电位过高导致能耗增加是制约电解水制备氢气的瓶颈。

贵金属氧化物IrO₂及RuO₂是公认的最佳析氧电极材料，但两种材料由于其自身具有较大的毒性且储量稀少、价格昂贵，限制了其大规模的商业化应用。近年来，人们一直致力开发成本低且催化性能优异的新型催化剂材料以代替贵金属氧化物，其中过渡族金属元素，如：锰、钴、镍等氧化物或氢氧化物，在碱性环境中具有良好的稳定性而备受关注。

中国专利局于2017年5月3日公开了一种三维析氧电极阳极材料及其制备方法和应用的发明专利授权，授权公告号为CN105047884B，其采用水热反应和化学沉积的方式在泡沫镍表面沉积四氧化三钴，并在四氧化三钴表面包覆石墨烯，以保持并强化了四氧化三钴和泡沫镍在析氧反应条件下的活性和稳定性，通过该方法得到的电极在电解水中作为析氧电极使用时具有良好的活性和稳定性，但是其制备方法较为繁琐，耗时较长，尤其期间需要多次进行长时间水热、煅烧退火和真空干燥等步骤，若作为工业化生产上不但生产效率低，成本也更高。

中国专利局于2013年8月28日还公开了一种含有FeOOH的析氧电极材料及其制备方法的发明专利授权，授权公告号为CN102220601B，其采用化学沉淀法、水热法、电沉积法、等离子体化学沉积法、亚铁氧化法或强制水解法制备FeOOH，将金属镍与FeOOH复合制备成析氧电极，其选用的FeOOH价格低廉，大大降低了成本，但是其使用的泡沫镍作为一种战略资源金属的价格仍较高，而基体全部采用泡沫镍虽在三维微观结构方面具有极大的比表面积，可提高电催化效果，但其基体内却产生浪费，且仅提供了单种FeOOH覆盖层，无法对多种电催化环境进行适应，适用性较差。

中国专利局还于2018年2月16日公开了一种纳米多孔Fe基非晶合金及制备方法和在析氧催化电极上的应用的发明专利授权，授权公告号为CN106222584B，其以Fe基非晶/纳米晶合金为前驱体，根据非晶相与纳米晶相具有不同的耐蚀性，通过对纳米晶相进行选择性腐蚀制备纳米多孔Fe基非晶合金，虽然其所制得的纳米多孔Fe基非晶合金具有结构稳定、比表面积大、成分和形貌可调、可形成多孔结构与非晶纳米晶基体结合紧密的“多孔/基体/多孔”新型复合结构等优点，且具有优异的析氧催化活性，但其制备过程繁琐，其对制备仪器和各项条件的要求较为严苛，无法实现广泛生产，仅适用于部分高端生产。

发明内容

为解决现有技术中可作为析氧电极材料所用的贵金属氧化物IrO₂及RuO₂储量稀少、价格昂贵，且具有较强烈的毒性，在生产过程中容易对人与环境造成危害和污染的问题，并解决近年来所开发的各类以过渡金属元素所制备的析氧电极材料所存在的制备繁琐、成本高、仪器要求高等导致难以推广和普及的问题，本发明提供了一种具有高效电催化分解水性能的镍基复合阵列材料。

本发明的第二个目的是提供一种镍基复合阵列材料的制备工艺。

本发明的第三个目的是提供一种镍基复合阵列材料的应用。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：