[发明专利]一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用

说明书

本发明属于电解水制氢技术领域，具体公开了一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用，所述催化剂为镍铁基多元合金，具有有序纳米线或纳米链微观结构，纳米线/链的直径为0.1～2.0μm，长度为0.1～200μm；所述催化剂包括以下质量百分数含量的成分：85％～95％Ni，4.98％～14.98％Fe，其余为贵金属或过渡金属；所述电极片包括基材，基材上负载有所述催化剂；所述电极片表面呈黄绿色，具有均匀分布的网格状外观，将其应用于碱性电解水制氢中，具有催化活性高、能耗低等优点。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及电解水制氧所用催化剂技术领域，特别是涉及一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用。

背景技术

目前，人类正面临着严峻的能源问题和环境挑战，包括全球人口的增加对能源资源需求的增加，全球变暖和气候变化以及严重的工业污染。面对上述问题，人们开始将目光聚焦于清洁可再生能源的开发与利用上面，例如风力发电、水力发电、太阳能。尽管这些能源供应可以实现绿色环保与可再生，但是其实际使用时会受到诸多条件的限制，例如季节、气候等，导致这些能源往往难以满足人们对于稳定供能的需求。

相比于有机化石燃料里碳元素燃烧产生大量温室气体，氢气被认为是最有前途的能源载体，其燃烧产物只有水，且其能量密度可以达到汽油的三倍以上。实现水与氢能之间的转化可以极大程度上同时解决能源危机与环境污染问题。在氢气的制备方式中，电化学水分解可以实现从电能到化学能的稳定且绿色的转化，这一过程可以帮助人们更好的利用风力和水力等间歇性能源，从而引起了人们广泛的研究兴趣。氢气目前的产出总量中仅有4％来自分解水制备的绿色氢气，其中主要原因在于较低的氢能转化效率严重制约了电解水产氢工业化的过程，此外，在实际电解中通常需要使用贵金属电催化剂来减少水分解涉及的活化能垒。因此，开发成本低廉、地壳丰度高、析氢活性高的电催化剂对于电解水产氢行业具有重要的研究意义。

到目前为止，工业上已经投入使用的碱液电解槽析氢催化剂一般都是用镍网加镀层(雷尼镍)，性能较差，小室电压2V下电流密度一般在2000～4000A/m²，导致电解水设备能耗较高，电解槽直流能耗一般大于4.5kWh/Nm³ H₂。因此，若能研发一种低能耗、高性能并适用于大型电解水设备的析氢催化剂，可以争取早日实现更大规模的经济绿色制氧。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种电解水制氧催化剂、电极片及其应用，用于解决现有技术中碱性电解水制氧催化剂催化活性低、能耗高以及稳定性差等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种电解水制氧催化剂，所述催化剂为镍铁基多元合金，具有有序纳米线或纳米链微观结构，所述纳米线或纳米链的直径为0.1～2.0μm，长度为0.1～200μm；所述催化剂包括以下质量百分数含量的成分：85％～95％ Ni，4.98％～14.98％ Fe，其余为贵金属或过渡金属。

可选地，所述贵金属或过渡金属选自铂、钌、钼中的至少一种。

可选地，所得催化剂的微观形貌特征包括：纳米线垂直生长于基材上，线径为0.1～1.2μm；所述纳米线包括第一部分和第二部分，所述第一部分为骨架部分，所述骨架部分包括由纳米颗粒“堆砌”而成的镍铂纳米线，长度为0.1～0.6μm；所述第二部分包括由镍铁纳米片以骨架部分为基础组装成的蜂窝状纳米线，长度为0.1～100μm。

可选地，所得催化剂呈黄绿色。

本发明第二方面提供一种电解水制氧电极片，所述电极片包括基材，所述基材上负载有如第一方面所述的电解水制氢催化剂，纳米线或纳米链有序分布在基材上。

可选地，所述基材为泡沫镍、镍网、碳布中的任意一种。

可选地，所述电极片为方形或圆形。