[发明专利]一种硒纳米晶负载的镍铁羟基氧化物析氧电催化剂及其制备方法与应用在审

专利信息
申请号: 202211596253.0 申请日: 2022-12-13
公开(公告)号: CN115852428A 公开(公告)日: 2023-03-28
发明(设计)人: 刘蕊;周宁宁;秦广超;胡昊;丁以勒;季宇凡;游嘉甜;朱佳晨;梁升 申请(专利权)人: 合肥学院
主分类号: C25B11/091 分类号: C25B11/091;C25B11/054;C25B11/061;C25B11/031;C25B1/04;B82Y40/00;B82Y30/00
代理公司: 合肥辉达知识产权代理事务所(普通合伙) 34165 代理人: 汪守勇
地址: 230601 安*** 国省代码: 安徽;34
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摘要:
搜索关键词: 一种 纳米 负载 羟基 氧化物 析氧电 催化剂 及其 制备 方法 应用
【说明书】:

一种硒纳米晶负载的镍铁羟基氧化物析氧电催化剂及其制备方法与应用,涉及电解水制氢技术领域。首先将硒源、铁源、还原剂溶解在碱性溶液中,或者溶解在水中再用碱性溶液调节体系pH值,然后将泡沫镍浸没在溶液中进行反应,反应结束后清洗烘干得到硒纳米晶负载的镍铁羟基氧化物析氧电催化剂,三维自支撑的泡沫镍上原位生长有硒纳米晶负载的非晶镍铁羟基氧化物纳米片,纳米片呈相互交错垂直阵列排布,彼此相互连接形成自支撑结构。该催化剂具有较大的比表面积和多孔孔隙,以及丰富的活性位点,有利于物质的传输和扩散,增强了其OER性能。且该方法成功地赋予了泡沫镍的超亲水性,可以实现电解质的浸润和气泡的快速释放。

技术领域

发明涉及电解水制氢技术领域,具体是涉及一种硒纳米晶负载的镍铁羟基氧化物析氧电催化剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着社会发展,化石能源危机和生存环境恶化等一系列问题越发显著,因此需要大力开发绿色清洁的可再生能源。氢气的能量密度高,是同质量煤炭发热量的3倍,是目前公认最环保的能源转换和存储的可持续能源。通过电化学方法可以在温和的条件下将水催化电解成氢气,是一种有效的解决能源枯竭、环境危机和存储的策略。电催化水分解分为两部分:析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,简称OER)与析氢反应(Hydrogen EvolutionReaction,简称HER)。

其中,阳极OER反应是一个复杂的四电子转移过程,动力学比较迟缓。因此,提高水电解整体效率的关键是降低OER过电位。目前商业化OER催化剂依然主要使用IrO2和RuO2等贵金属材料。但是其稀缺性和高价格严重限制了其大规模的商业应用。有鉴于此,科研人员投入了大量的努力,致力于开发高活性、低成本、超稳定的非贵金属OER电催化剂。目前,商业化Ru和Ir基催化剂金属氧化物被认为是碱性介质中最先进的OER电催化剂。但是,其地球存储量低、成本高、强酸性电解液中稳定性差,无法进行大规模的商业应用。因此,开发一种简单、绿色、高性能、廉价且可大批量生产的OER催化剂仍然是一个巨大的挑战。

迄今为止,研究人员已经开发了众多降低OER过电位的高效电催化剂,如过渡金属(Ni、Fe、Co等)的氧化物、硒化物、硫化物、磷化物、碳化物、氮化物、金属合金、(羟基)氧化物等。这些电催化剂因其在碱性电解液中表现的易于调控的电子性、高催化性、耐腐蚀性、以及低廉的价格受到了广泛关注。而在过渡金属基催化剂中,NiFe(羟基)氧化物,被认为最有望取代贵金属氧化物成为新一代的OER催化剂。但NiFe(羟基)氧化物的电导率较低、活性位点较少,限制了其进一步应用。

为了解决这一问题,研究学者通过用异价离子改性或导电载体复合材料来提高NiFe(羟基)氧化物的电导率。研究表明这些OER活性提高可能是由于活性位点数目增加,而不是电导率的增强或固有活性的提高。因此,NiFe(羟基)氧化物导电性能差的问题仍是一个挑战。

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