[发明专利]一种碱性条件水热氧化处理的电极及其制备方法

说明书

本发明属于电极材料技术领域，公开了一种碱性条件下水热氧化处理的电极及其制备方法。本发明提供的制备方法包括：1)金属镍铁合金基底清洁处理，得到洁净的金属镍铁合金基底；2)碱性条件下水热氧化处理得到表面为镍铁组合氧化态物质的电极。表面的镍铁组合氧化态物质呈现纳米棒结构，包含氧化镍或氢氧化镍，同时还包含三氧化二铁、氧化亚铁、氢氧化铁、铁掺杂氧化镍和铁掺杂氢氧化镍中的一种或几种。本发明制备工艺简单，用料成本低廉，无需外界金属离子来源，可通过碱性条件下水热氧化处理，将镍铁合金直接转变为表面富含纳米棒结构高活性析氧催化剂组分的电极，进行电解水析氧侧催化反应。

技术领域

本发明涉及电极材料技术领域，尤其涉及一种碱性条件水热氧化处理的电极及其制备方法。

背景技术

氢能近年来迅速发展成为新能源领域中的重大热点。其主要有两个原因：1)氢气的质量能量密度远高于其他燃料；2)氢能的利用(燃烧、燃料电池等)除水外无其他污染物产生。从氢能的整个产业链(制氢、储氢、运氢、加氢、用氢)来看，氢能的大规模普及应用必须解决最上游端“制氢”的问题。

目前制氢主要还是基于传统化石能源制氢，例如甲烷蒸汽化重整、煤制氢等。这种制氢方式从源头上依旧依赖高排放、高污染的化石燃料，因此这种制氢模式下的氢能发展路径依旧是非“绿色”的过程。水电解制氢，尤其是耦合新能源电力的水电解制氢有望彻底解决这个问题。这个过程中，由风能、水力势能等转化得到的电能将水电解形成氢化学能和氧化学能，完成自然界中可再生能源到氢能的转变。

得益于整体技术的成熟度，目前碱性水电解制氢有望率先实现大规模商业化运作。但目前碱性水电解制氢还存在电能转化效率低这一大难题。从根本上分析，其主要源于电极过电位过高、电催化性能不够理想等电极问题。其中，阳极电极表面发生析氧电催化反应，具有迟缓的动力学特性，是水电解总反应的限制步骤。目前商业碱性水电解主要采用的阳极是纯镍材料，如镍网、镍板等。这种电极最大优点在于可长时间运行在碱性环境中，但其存在根本缺陷：1)金属镍本身具有较差的析氧催化性能，即使表面阳极氧化过程中形成的镍基氧化物、氢氧化物、羟基氧化物，其析氧催化性能有所提高，但依然不能满足需求；2)纯镍材料表面较为光滑，电化学面积较低，可提供的电催化活性面积较低，制约了催化反应的充分发生。因此，围绕现有难题，开发一种全新的高催化活性、高粗糙度阳极侧电极具有深远的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种碱性条件水热氧化处理的电极及其制备方法，该制备方法无需引入额外的镍铁元素来源，便可得到表面为纳米棒结构镍铁组合氧化态物质的电极，增大了电极的有效催化面积。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种碱性条件水热氧化处理的电极制备方法，包括以下步骤：

S1.对金属镍铁合金基底进行清洁处理，得到洁净的金属镍铁合金基底；

S2.使所述洁净的金属镍铁合金基底在碱性氧化剂溶液中进行水热氧化处理，得到表面为镍铁组合氧化态物质的电极，其中，所述碱性氧化剂溶液为碱性溶液与氧化剂溶液的混合溶液。

优选的，所述步骤S1具体为：将金属镍铁合金基底置于丙酮溶液中超声清洗10～30min，再用乙醇反复清洗，除去金属表面油脂层；然后将金属基底置于浓度为1～6mol/L的盐酸溶液中超声5～25min，并静置 10～30min，再用蒸馏水反复清洗，除去金属表面氧化层，干燥后得到洁净的金属镍铁合金基底。

优选的，所述金属镍铁合金基底采用泡沫镍铁合金、镍铁合金网和镍铁合金板中的一种。

优选的，所述步骤S2具体为：将洁净的金属镍铁合金基底置于带不锈钢外壳的聚四氟乙烯水热釜内胆中，然后向内胆中注入填充比为30％～80％的碱性氧化剂溶液，加热水热釜至60～130℃，并保持0.5～11h；取出用蒸馏水冲洗干净、干燥，得到表面为镍铁组合氧化态物质的电极。