[发明专利]一种用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极及其制备方法，本发明的制备方法具体步骤包括：1)：将一定量的镍源、铬源、铁源、碱源、二甲基甲酰胺混合均匀，并加入超纯水，搅拌均匀得到溶液A；2)：将泡沫镍浸泡在1)中所得溶液A中，于125～135℃条件下进行水热反应；3)：水热反应结束后自然冷却至室温，将反应后的泡沫镍取出，洗涤、烘干后得用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极。本发明的制备方法制备成本低、制备流程简单且过程易于控制，根据本发明制备方法所制备的用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极在碱性条件下具有良好的全解水性能。

技术领域

本发明涉及电催化材料技术领域，具体涉及一种用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极及其制备方法。

背景技术

随着环境污染的加剧和化石燃料的大量消耗造成的能源短缺，开发高效、低成本、环保的新能源技术对下一代能源科学技术具有重要意义，氢作为绿色、可持续的清洁能源将是人类未来的理想能源之一，而以水为原料的电催化产氢技术将是提供氢能的重要绿色途径，设计高效低廉的催化剂是电催化产氢的核心与关键。贵金属基材料(如Pt，Ru或Ir的氧化物)是目前公认最好的水裂解催化剂，然而其价格昂贵、储量低的缺点极大地限制了该类催化剂的广泛应用。

因此，近几年来，科研工作者致力于开发由地壳高丰度元素构成的、高催化活性的非贵金属产氢电催化剂。镍基层状氢氧化物长期以来被认为是很有应用前景的催化剂，其性能可以通过掺杂杂原子(过渡金属V、Fe、Co、Cr和Mn等；非金属N、S、P、Se等)和与导电基底复合(碳纳米管、泡沫镍、石墨烯和碳纤维纸等)等方法进一步提高。因此，镍基氢氧化物作为氧析出反应(OER)阳极催化剂和氢析出反应(HER)阴极催化剂显示出巨大的潜力，并最终能在低的工作电位下驱动整体水裂解反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极及其制备方法。本发明的制备方法制备成本低、制备流程简单且过程易于控制，根据本发明制备方法所制备的用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极在碱性条件下具有良好的全解水性能。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

一种用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极的制备方法，具体步骤包括：

步骤一：将170～180mg的镍源、55～65mg的铬源、35～45mg的铁源、115～125mg的碱源、1.5～2mL的二甲基甲酰胺混合均匀，并加入20～25ml的超纯水，搅拌均匀得到溶液A；

步骤二：将泡沫镍浸泡在步骤一所得溶液A中，于125～135℃条件下水热反应10～14h；

步骤三：水热反应结束后自然冷却至室温，将反应后的泡沫镍取出，洗涤、烘干后得用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极。

进一步的，所述步骤一中的镍源、铬源、铁源、碱源分别为六水合硝酸镍、九水合硝酸铬、六水合氯化铁、尿素。

进一步的，所述步骤一中的搅拌采用磁力搅拌，搅拌时间为10～30min。

进一步的，所述步骤二中的泡沫镍提前经过预处理，预处理过程为：将泡沫镍切成1cm×5cm的块状，将其在丙酮溶液中超声清洗10～15min，然后倒入配好的1～3mol/L盐酸中超声清洗5～10min，最后分别用无水乙醇和超纯水交替冲洗2～3次，再在25～35℃下真空干燥10～12h。

进一步的，所述步骤二中的水热反应在对位聚苯的水热反应釜中进行反应，填充比为60～70％。

进一步的，所述步骤三中的洗涤为采用超纯水和无水乙醇交替冲洗3～4次，所述烘干的烘干温度为70～80℃，时间为3～5h。

根据上述任意一项所述的制备方法制备所得的用于全解水的铬铁共掺杂镍基氢氧化物自支撑电极。