[发明专利]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

说明书

本发明涉及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。该催化剂以泡沫镍为载体，氢氧化铁、氢氧化镍或其复合物为活性组分，还原氧化石墨烯为导电材料。采用水热及浸渍法制备该催化剂。首先将泡沫镍超声清洗烘干；然后称取一定量镍盐、尿素溶于去离子水中，在室温下搅拌混合均匀；再加入氧化石墨烯，超声得到分散均匀的混合液；将泡沫镍和混合液转移至水热釜中，120~200°C，反应12~24h；反应后的泡沫镍清洗，烘干；最后浸于5~30mmol L^‑1的铁盐溶液中0~48h后，清洗烘干得到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。该催化剂催化活性好，稳定性高；制备方法简单可控，有利于工业上推广。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及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。

背景技术

随着化石能源的大量燃烧，环境污染和能源危机越来越引起人们的关注。因此我们急需一种新的，可再生的，无污染的，有利于可持续发展的新能源来代替传统的化石燃料。

近年来，氢气因为清洁和高效的优点，被认为最有望的能源候选者，而电解水生成氢气（析氢反应）和氧气（析氧反应）是一个非常有效的途径。电解水中的析氧反应过程复杂，动力学迟缓，需要更多的能量来促进这一反应，也就是我们所说的过电势。所以我们需要寻找一个析氧反应电催化剂来促进这一反应，降低过电势。目前，贵金属二氧化铱，二氧化钌是目前最有效的析氧反应电催化剂。但是由于他们的稀缺性，成本高，不稳定性等缺点限制它的工业化生产和利用。过去的几年里，过渡金属的氢氧化物，氧化物，硫化物等等广泛引起了科研工作者的关注，被制备成催化剂用于析氧反应，并得到的很好的效果。

影响析氧反应催化剂性能的关键因素包括催化剂本身的内在催化活性、电催化剂与电解液的接触面积、催化剂的稳定性、导电性等。目前的大部分析氧催化剂为粉体材料，再将其涂覆在基体上，但制备过程复杂，稳定性低，加入的粘结剂也会增大催化剂的电阻，不利于它的催化性能。所以在基体上原位生成催化剂是一种值得探索的方法。

镍铁氢氧化物是一种具有高析氧反应催化性能的材料，催化活性高，但电导率低；石墨烯是一种高导电性的具有片层结构的材料；镍铁氢氧化物与石墨烯的复合有望成为新一代的析氧反应催化剂。泡沫镍作为一种三维材料，具有很大的比表面积及导电性，是很好的催化剂载体。本专利开发了一种高活性、高稳定性、在碱性溶液条件下有效降低析氧反应过电势的催化剂。

发明内容

本发明目的在于克服上述技术缺陷，提供一种高活性、高稳定性、在碱性溶液条件下有效降低析氧反应过电势的催化剂。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现: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，其特征在于：该催化剂以泡沫镍为载体，氢氧化铁、氢氧化镍或其复合物为活性组分，还原氧化石墨烯为导电材料。

本发明的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的制备方法，其特征在于，该方法包含以下几个步骤：

(1): 泡沫镍超声清洗处理，并烘干待用；

(2): 称取一定量镍盐、尿素溶于去离子水中，在室温下搅拌制得均匀混合液；

(3): 往步骤（2）混合液中加入氧化石墨烯，于超声池中超声处理得到分散均匀的混合液；

(4): 将步骤 （1）的泡沫镍和步骤（3）的混合液转移至水热釜中，在120~200°C的条件下，反应12~24h；

(5)：将步骤（4）反应后的泡沫镍用乙醇和去离子水清洗干净，烘干；