[发明专利]一种二维氢氧化镍纳米片电极的制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种二维氢氧化镍纳米片电极的制备方法及应用，包括如下步骤：Na₄Ni₃P₄O₁₅粉末的合成，制备电化学浆料，电极的制备，碱溶液处理电极。本发明制备的电极通过碱性溶液处理集流体，使得Na₄Ni₃P₄O₁₅转化形成二维的氢氧化镍纳米片层即新型电化学活性材料Ni‑LH(Ni层状氢氧化物)。通过原位合成制得的氢氧化镍是一种扭曲的二维纳米片层，其具有较大的表面积而且能与导电材料形成良好的接触，这使得它可以应用于电催化和储能设备的制造领域，与现有的氢氧化镍和二氧化钌相比，本发明制备的电极在高碱性介质中的析氧反应水电解的过程中有更低的过电压。

技术领域

本发明属于电催化材料技术领域，具体涉及一种二维氢氧化镍纳米片电极的制备方法及应用。

背景技术

在以氧化铱和氧化钌为基础催化剂的电解水过程中，析氧反应(OER)的活性是迄今为止已知的最活跃的反应之一。在碱性溶液中电解时，各种形式氧化铱和氧化钌的固有活性和质量活性取决于其含量和活性表面积。这些催化剂的初始电解电压仅为1.3v(理论值为1.23V)，但是，析氧反应(OER)的过电压会随着这些催化剂在使用过程中活性的降低而迅速增加。此外，氧化钌也曾被提出作为超级电容器阴极的材料。然而，铱和钌的高成本和低自然分布严重阻碍了这些氧化物和金属在水的工业电解或能源储存装置上的广泛应用。

过渡金属的氧化物和氢氧化物(特别是氢氧化镍)作为成本更低的用于OER电催化剂和超级电容器的阴极材料而广为人知。氢氧化镍是电化学应用中最有前景的现代材料之一，其性能的优劣取决于将其制备成电极的方法。

鉴于以上原因，特提出本发明。

发明内容

为了解决现有技术存在的以上问题，本发明提供了一种二维氢氧化镍纳米片电极的制备方法及应用，本发明的电极在组装过程中直接形成二维氢氧化镍纳米片，进而使电极具有高电导率和孔隙率，可以长期进行OER反应，本发明的电极通过降低水电解过程中电极上析氧反应的过电压，从而获得用于混合超级电容器的高比容量和高循环稳定性电极。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种二维氢氧化镍纳米片电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)Na₄Ni₃P₄O₁₅粉末的合成：将硝酸镍、磷酸二氢铵和磷酸钠溶解在去离子水中形成混合溶液，一边搅拌一边加入浓氨水至溶液的pH值为6.8-7.2，将溶液蒸干，得到的粉末加热至550-650℃并煅烧1.5-2.5h，冷却，得到浅黄色的Na₄Ni₃P₄O₁₅粉末；

(2)制备电化学浆料：将所述的Na₄Ni₃P₄O₁₅粉末、碳导电粉末、粘合剂混合，加入适量N-甲基吡咯烷酮搅拌直到形成均匀的糊状，得到所述的电化学浆料；

(3)电极的制备：将所述的电化学浆料均匀的涂覆在集流体的表面上，真空干燥；

(4)碱溶液处理电极：将干燥的电极的工作部分浸泡在碱性溶液中，再将电极的工作部分用去离子水清洗，真空干燥电极，得到所述的二维氢氧化镍纳米片电极。

进一步的，步骤(1)中混合溶液中元素的质量比Na:Ni:P＝4:3:4。

进一步的，步骤(1)中所述的Na₄Ni₃P₄O₁₅粉末的的直径为0.3-0.7mm。