[发明专利]适用于电解海水制氢的阳极水氧化催化剂及其制备方法

说明书

本发明涉及适用于电解海水制氢的阳极水氧化催化剂及其制备方法，该方案包括以下步骤：S00、配制过渡族金属盐混合液和处理泡沫镍，并以处理后的泡沫镍作为生长基底，将该生长基底和过渡族金属盐混合液置入反应釜内水热反应生成所需前驱体催化剂；S10、在碱溶液中对前驱体催化剂施加特定电压进行快速电氧化重构形成NiFeOOH催化剂；其中过渡族金属盐混合液中至少包括钼源、镍源及铁源；其中前驱体催化剂为NiFeMo氧化物催化剂。本发明制备而成的NiFeOOH催化剂的催化性能极高，远优于目前被公布的碱性电催化水氧化催化剂，而且能够在有望直接应用在碱性电解水工艺中和电解海水制氢中，摆脱电解水对纯水的依赖。

技术领域

本发明涉及碱性海水电解催化领域，具体涉及适用于电解海水制氢的阳极水氧化催化剂及其制备方法。

背景技术

在“碳中和”的时代背景下，发展氢气的大规模应用具有重要意义。商业碱性电解槽(AE)水电解制氢技术在催化剂和器件已经发展得很成熟，但是电解液始终摆脱不了对纯水的依赖。然而，地球上淡水资源有限，绝大部分水资源存在海水中，海水取代纯水用于电解水不仅可以产氢，而且可以淡化海水。

海水电解过程中氯离子氧化(CER)和析氧反应(OER)的竞争一直被认为是关键技术并且Cl^-对电极具有严重的腐蚀，目前大多数阳极催化剂不能在海水中长时间高电流密度下稳定工作(大部分工作不超过24小时被腐蚀失活)。NiFe基催化剂一直被认为最有潜力的碱性阳极OER催化剂，但是研究发现绝大部分NiFe基材料因为低负载量而暴露出不耐腐蚀的基底而快速失活，并且本征活性的限制难以搭配阴极电极应用在长期的海水电解高效制氢中。

因此，针对本身碱性OER优异的NiFe基催化剂进一步升级改造，开发耐海水腐蚀和高效稳定的海水电解制氢阳极催化剂迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了适用于电解海水制氢的阳极水氧化催化剂及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：适用于电解海水制氢的阳极水氧化催化剂制备方法包括以下步骤：

S00、配制过渡族金属盐混合液和处理泡沫镍，并以处理后的泡沫镍作为生长基底，将该生长基底和过渡族金属盐混合液置入反应釜内水热反应生成所需前驱体催化剂；

S10、在碱溶液中对前驱体催化剂施加电压进行电氧化快速重构形成NiFeOOH催化剂；

其中过渡族金属盐混合液中至少包括钼源、镍源及铁源；

其中前驱体催化剂为NiFeMo氧化物催化剂。

进一步地，前驱体催化剂中的Ni:Fe:Mo物质的量比例为1:0.2:2.5。

进一步地，步骤S00中，水热反应的具体步骤为：

S01、将过渡族金属盐混合液和生长基底置于聚四氟乙烯内衬的反应釜中；

S02、将反应釜置于设定温度的环境中直至形成前驱体催化剂。

进一步地，步骤S00中，过渡族金属盐混合液至少包括硝酸铁、硝酸镍及钼酸盐。

进一步地，步骤S02中，设定温度为140～160℃，保持时间为5～10小时。

进一步地，步骤S10中，设定电位为1.3V(相对于1.0M饱和KOH汞-氧化汞电极)。

进一步地，还包括步骤S20，具体步骤为：

S20、通过电化学工作站三电极体系对NiFeOOH催化剂进行电解性能测试，其中工作电极为1cm²的NiFeOOH催化剂，对电极为1cm²的铂网，参比电极为汞-氧化汞电极，电解液为以真实碱性海水配置的1M KOH溶液。