[发明专利]超疏气锰氧化物析氧电极、其制备方法及氧气的电化学制备方法

说明书

本发明提供超疏气锰氧化物析氧电极、其制备方法以及氧气的电化学制备方法。本发明的超疏气析氧电极具有网状导电载体以及沉积在所述网状导电载体上的锰氧化物纳米纤维，所述锰氧化物纳米纤维分布在所述网状导电载体的两面。本发明的超疏气析氧电极制备工艺简单、耗时短和成本较低，电极表面具有优良的浸润性和疏气性，能够提高析氧电极的电催化活性。

技术领域

本发明通常涉及无机催化材料制备技术领域。

背景技术

随着太阳能和风能等可再生能源系统的需求日益增加，为了实现大量可再生能源的能源供应，开发储能系统来克服这些问题成为必然。

电化学水分解是一种环境友好的制氢过程，不会形成副产物。然而，析氧反应(OER)阻碍了水分解反应的整体效率，因为其缓慢的动力学和复杂的反应途径导致水氧化反应进行需要相对较高的能量，其中大多数金属表面被溶解或氧化。因此，开发一种廉价、稳定、高效的阳极电催化剂对于提高水电解的整体效率至关重要。电化学水氧化，也称为析氧反应，是许多清洁能源技术中的关键能量转换反应。包括水在电极表面转移四个电子以及产物氧气在电极表面的脱附。传统的贵金属钌基化合物析氧电极的成本高、稳定性差，且只有表面才能与电解液接触，电极的有效反应面积小。而且，由于电极表面的催化剂数量减少，导致电解液与催化剂的接触面积减小，从而降低了电催化活性，不能满足高效水氧化反应制取氧气的需求。电催化水分解需要高活性的催化剂，这些催化剂稳定、成本低且含量丰富。在过去的十年中，人们对不同的过渡金属、它们的氧化物和合金进行了广泛的研究，特别是含量丰富、廉价和毒性低的锰氧化物，对析氧反应(OER)有显著的催化活性。特别是对析氧反应(OER)的催化性能。

现有技术中有利用恒电位沉积法在玻碳基底上制备出了具有纳米孔结构锰氧化物电极的报道。另外，也有通过循环伏安法在金表面获得锰氧化物薄膜析氧电极的报道。也有通过原子力沉积法在玻碳基底上合成锰氧化物薄膜。但是这些方法制备出来的析氧电极是在薄片载体上形成锰氧化物纳米球或者纳米颗粒，导致析氧反应时的有效反应面积小。

因此，如何提高析氧电极的有效反应面积小、降低电极表面的粘附力是锰氧化物析氧电极这个领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人等经过深入研究后发现，通过使用网状的导电载体，利用电沉积技术在这样的呈网状的导电载体表面生长出来的锰氧化物纳米纤维，这样的纳米纤维结构的锰氧化物电极作为析氧电极使用时，电极表面与电解液的接触面积大，从而提高了析氧反应时水氧化反应的催化活性。另外，锰氧化物呈纳米纤维结构，使得电极表面的气泡粘附力进一步降低，从而有利于析氧反应产生的氧气从电极表面脱附。这两个作用协同发挥效果，从而大大增强了电极的催化活性，从而完成了本发明。

本发明提供以下技术方案。

本发明一方面，提供一种超疏气析氧电极，其具有网状导电载体以及沉积在所述网状导电载体上的锰氧化物纳米纤维，所述锰氧化物分布在所述导电载体的两面。

优选地，前述导电载体的材质为金、银、镍、钛或者碳。

优选地，前述网状导电载体为100～1500目。

优选地，前述锰氧化物纳米纤维的直径为1～100纳米。更优选锰氧化物纳米纤维的尺寸为10～50纳米。

本发明的另一方面，提供本发明的超疏气锰氧化物析氧电极的制备方法，其包括：

在作为电解液的含有Mn(CH₃COO)₂和Na₂SO₄的水溶液中，利用电沉积法在网状导电载体上形成所述锰氧化物纳米纤维。