[发明专利]一种碱性电解水析氧催化电极、制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种碱性电解水析氧催化电极、制备方法及其应用，包括：将泡沫镍浸没入含有铁盐与PVP的DMF溶液中，取出后烘干；将浸有DMF溶液的泡沫镍在空气中退火；将退火后的泡沫镍浸没入含有铁盐与铬盐的水溶液中，在加热条件下反应，取出冲洗后烘干，得到催化电极Fe(Cr)OOH/Fe₃O₄。本发明还公开了Fe(Cr)OOH/Fe₃O₄在电解水中作为析氧电极的应用。本发明电解水催化电极能够在大电流密度条件下保持高活性与稳定性，能够有效降低电解水制氢成本，可应用于工业电解水析氧电极。

技术领域

本发明涉及电解水催化电极，特别涉及一种碱性电解水析氧催化电极及其制备方法。

背景技术

电解水作为最具发展前景的制氢方式，能够将间歇性可再生能源转换为氢能，已成为近年来的研究热点。目前，碱性电解水生产1kg氢气的成本约为4美元，远高于甲烷蒸汽重整制氢(1.7美元)，因而阻碍了电解水制氢的推广应用。电解水制氢的成本主要来自于电费，其反应过程中过高的阴阳极过电势增加了制氢的能耗，降低了能量转换效率。电解水反应中，阳极析氧反应(OER)为4电子转移过程，动力学缓慢，过电势较高，是水分解反应的瓶颈。除此之外，目前研究报道的大多数电解水催化剂为粉末状催化剂，其在剧烈的反应过程中容易从电极表面脱落，从而影响电极的稳定性。为了面向实际工业生产，电解水催化电极需要在大电流密度条件下保持高活性与稳定性，具体而言，碱性电解槽要在不超过300mV的过电势条件下达到500mA cm^-2。

因此，开发具有高活性高稳定性的电解水催化电极具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于碱性电解水析氧Fe(Cr)OOH/Fe₃O₄复合催化电极及其制备方法，制备得到的Fe(Cr)OOH/Fe₃O₄能够有效降低析氧反应过电势，并且具有优良的稳定性和活性，从而能够有效降低电解水制氢成本，促进这一技术的推广应用。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种碱性电解水析氧催化电极的制备方法，包括如下步骤：

1)将泡沫镍浸没入含有铁盐与PVP的DMF溶液中，取出后烘干；

2)将浸有DMF溶液的泡沫镍在空气中退火；

3)将退火后的泡沫镍浸没入含有铁盐与铬盐的水溶液中，在加热条件下反应，取出冲洗后烘干，得到催化电极Fe(Cr)OOH/Fe₃O₄。

作为优选的方案，步骤1)中，含有铁盐与PVP的DMF溶液按照如下方法配制：

将铁盐与聚乙烯吡咯烷酮混合，加入至二甲基甲酰胺溶液中，铁盐-二甲基甲酰胺溶液浓度为0.6～0.8mol L^-1，聚乙烯吡咯烷酮-二甲基甲酰胺溶液浓度为20～25g L^-1。

作为优选的方案，铁盐为硝酸铁、氯化铁或乙酸铁。

作为优选的方案，在步骤2)中，退火温度为300～400℃，时间为40～80min。

作为优选的方案，铬盐为硝酸铬、氯化铬或乙酸铬。

作为优选的方案，含有铁盐与铬盐的水溶液中，铁盐与铬盐的摩尔浓度均为0.08～0.1mol L^-1。

作为优选的方案，步骤3)中，反应加热温度为70～90℃，反应时间为2～10min。

根据上述方法制备得到碱性电解水析氧催化电极，能够在电解水中作为析氧电极应用。

本发明的有益效果在于：