[发明专利]一种以废旧不锈钢为基材制备水氧化电极的方法

说明书

本发明公开了一种以废旧不锈钢为基材制备水氧化电极的方法，采取简单易操作的水热处理，并通过筛选腐蚀液的pH、浓度和水热反应时间、反应温度的最优条件，以废旧不锈钢为基材制备出高效的水氧化电极。本发明制备的电极表面具有密集的纳米片孔状结构，极大增加了其电化学活性面积，并且有利于提高传质速率。在电化学测试中，该电极展现出产氧过电位低，水氧化活性高、长时间电解稳定等优势。

技术领域

本发明涉及一种电催化剂的制备方法，具体涉及一种废旧不锈钢(304)材料制备高效水氧化电极的方法。

背景技术

随着科技的进步和时代的发展，不可再生能源不仅消耗巨大，而且也对环境造成了严重的污染。因此，如何开发利用清洁、高效的可再生能源是一项新的挑战。氢气具备能量密度高、燃烧产物无污染等优点，是最有希望替代化石燃料的清洁能源之一。

电解水制氢是环境友好的制氢方法，电解水分为两个半反应分别是阳极的析氧反应和阴极的析氢反应，其中析氧反应是一个四电子、四质子的转移过程，相对于析氢反应而言，是一个缓慢的动力学过程，需要较大的过电位。因此，如何提高析氧反应的电催化性能是电解水制氢的关键。目前，贵金属及其氧化物（Ru、Ir、RuO₂、IrO₂）被认为是良好的水氧化反应催化剂，但是因其成本高、储量低以及长时间电解的不稳定性限制了在工业上的大规模应用。虽然非贵金属（Fe、Co、Ni）催化剂价格低廉，但是其制备工艺复杂，同样在实际应用中存在一定的困难。不锈钢材料不仅含有大量的Ni、Fe、Cr等水氧化活性元素，同时具有低廉的价格和良好的机械强度以及较高的导电率等性能，具备成为水氧化催化剂的潜力。此外，每年都会产生大量的不锈钢废弃物，极大的浪费了资源。

发明内容

本发明的目的是提供一种废旧不锈钢制备高效水氧化电极的方法。

本发明的技术方案如下：一种以废旧不锈钢为基材制备水氧化电极的方法，包括：

a）废旧不锈钢的预处理：

将废旧不锈钢切割成所需尺寸后，去除表面氧化层，超声清洗后真空干燥；

b) 水氧化电极的制备：

将上述预处理后的不锈钢片置于KMnO₄水溶液中进行水热反应，清洗后真空干燥。

较佳的，步骤a)中，废旧不锈钢为废旧304不锈钢。

较佳的，步骤a)中，将废旧不锈钢切割成尺寸为20 mm × 5 mm × 1 mm金属片，分别使用600目和1200目的砂纸去除表面氧化层，然后用去离子水、无水乙醇、丙酮依次对其进行5 min的超声清洗，清洗完后真空干燥60 min。

较佳的，步骤b)中，KMnO₄水溶液的浓度为0.03 mol L^-1，pH值为6.3。

较佳的，步骤b)中，水热反应温度为150℃；水热反应时间为6 h。

本发明还提供了以废旧不锈钢为基材制备的水氧化电极在电解水制氢中的用途。

与现有技术相比，本发明通过回收废旧不锈钢（304）材料为基材制备水氧化电极，从而实现了变废为宝。此外，本发明采取简单易操作的水热处理，并通过筛选腐蚀液的pH、浓度和水热反应时间、反应温度的最优条件制备出高效的水氧化电极。本发明制备的电极表面具有密集的纳米片孔状结构，极大增加了其电化学活性面积，并且有利于提高传质速率。在电化学测试中，该电极展现出产氧过电位低，水氧化活性高、长时间电解稳定等优势。

附图说明

图1 a、b、c、d是腐蚀液的pH、浓度以及水热反应时间、反应温度的线性扫描伏安图（LSV）。

图2为实施例5制备的Ox-SSP与SSP的LSV对比图。