【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化领域，具体涉及一种稀土氧化物基电催化材料及其应用。
技术介绍
1、目前，人类社会经济发展严重依赖于化石能源，由于化石燃料不可再生的特点，能源短缺的压力日趋增大。与此同时，化石燃料的过度使用引发了一系列生态和环境问题。在这样的背景下，氢气作为最为清洁高效的能源，其规模化制备对缓解能源危机与环境问题具有重要意义。和目前广泛应用的化石燃料制氢相比，电解水制氢具有氢气纯度高，生产过程碳排放少等特点，因此受到了广泛关注，在目前已开发的电解水制氢技术中，碱性电解水制氢，由于相关的设备成本优势，具有良好的应用前景，而铂被认为是最高效的电解水制氢催化剂。然而，铂在碱性介质中的析氢活性仍有较大的提升空间，除此之外，贵金属的稀缺性和高成本也制约其在电解水制氢技术中的大规模商业化应用。
2、稀土元素因其独特的4f电子结构和特殊的物理与化学结构，在军事技术、石油化工、冶金工业以及玻璃陶瓷等领域均存在广泛应用，并有“工业黄金”、“工业维生素”之称，在电催化领域亦有较为广泛的应用。
3、因此，如何巧妙利用稀土元素独特的4f电子结构提升催化剂的催化性能，并制备出一种低成本、高活性的非铂基电催化析氢材料，是本领域所面临的重难点。
技术实现思路
1、针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的在于提供一种电催化析氢电极及其制备方法和用途。
2、为达上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供一种稀土氧化物基电催化材料，所述
4、本专利技术提供的稀土氧化物基电催化材料中，re2o3独特的4f电子对feni3的电子结构进行调控，优化了质子氢在催化剂表面的吸附能垒，调控析氢中间体在催化剂表面的吸附状态，加速了催化剂的反应动力学，使催化剂在碱性介质中表现出令人满意的电催化析氢活性。具有应用于电解水制氢工业的潜力，实用价值和经济价值显著。
5、以下作为本专利技术优选的技术方案，但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制，通过以下优选的技术方案，可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。
6、优选地，re为pr、sm、nd和pr中的至少一种。
7、优选地，所述稀土氧化物基电催化材料中，fe元素与re元素的摩尔比为1:(0.04～1.5)，例如1:0.04、1:0.05、1:0.06、1:0.08、1:0.1、1:0.3、1:0.5、1:0.7、1:1、1:1.3或1:1.5等。
8、第二方面，本专利技术提供一种电催化析氢电极，所述电催化析氢电极包括导电基体和负载在所述导电基体表面的催化剂层，所述催化剂层中的催化剂包括第一方面所述的稀土氧化物基电催化材料。
9、本专利技术的电催化析氢电极中，导电基底起到支撑作用，该电催化析氢电极在碱性介质中表现出较高的电催化析氢活性。
10、优选地，所述导电基体为泡沫镍。
11、第三方面，本专利技术提供一种如第二方面所述的电催化析氢电极的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
12、(1)采用镍源、铁源和稀土源，配制得到电沉积溶液；
13、(2)以导电基体作为阴极，采用电沉积法在所述的电沉积溶液中进行电沉积，在导电基体的表面得到nife-ldh/re(oh)3前驱体层；
14、(3)对负载有nife-ldh/re(oh)3前驱体层的导电基体进行煅烧，得到所述的电催化析氢电极。
15、本专利技术利用简单的电化学沉积法即可制备得到性能优异的电催化析氢电极，该制备方法简单、快速、高效，所用化学药品价格低廉，该制备方法具备制备成本的经济性和工业化应用的可行性，应用于工业电解水领域具有巨大的应用前景。
16、同时，上述的制备方法也制备得到了第一方面所述的稀土氧化物基电催化材料，其以催化剂层的形式负载在导电基体上，形成电催化析氢电极。
17、优选地，步骤(1)所述镍源为水溶性镍盐，优选包括硝酸镍。
18、优选地，步骤(1)所述电沉积溶液中的镍源的质量浓度为15g/l～25g/l，例如可以是15g/l、16g/l、17g/l、18g/l、20g/l、21g/l、22g/l、23g/l或25g/l等。
19、优选地，步骤(1)所述铁源为水溶性铁盐，优选包括硝酸铁。
20、优选地，步骤(1)所述电沉积溶液中的铁源的质量浓度为5g/l～15g/l，例如可以是5g/l、6g/l、7g/l、8g/l、9g/l、10g/l、12g/l、13g/l或15g/l等。
21、优选地，步骤(1)所述稀土源为水溶性稀土盐，优选包括硝酸镨。
22、优选地，骤(1)所述电沉积溶液中的稀土源的质量浓度为1g/l～10g/l，例如可以是1g/l、2g/l、3g/l、4g/l、5g/l、6g/l、7g/l、8g/l或10g/l等。
23、优选地，步骤(1)所述电沉积溶液中的溶剂为水。其中，水可以是去离子水。
24、作为本专利技术所述电催化析氢电极的制备方法的优选技术方案，步骤(2)所述电沉积的过程中，以铂片为阳极。
25、优选地，所述导电基体为泡沫镍。
26、优选地，所述泡沫镍在使用前经过预处理。
27、优选地，所述预处理为：依次采用丙酮、hcl、水和乙醇进行超声处理，达到去除泡沫镍表面油脂和氧化层的目的，改善电沉积的效果。
28、在一个实施方式中，采用丙酮超声15分钟，3mol/l hcl超声30分钟，去离子水超声15分钟，无水乙醇超声15分钟的方法进行预处理。
29、优选地，步骤(2)所述电沉积的过程中，电压为-0.5v～-1.5v，例如可以是-0.5v、-0.6v、-0.8v、-1.0v、-1.1v、-1.2v、-1.4v或-1.5v等。
30、优选地，步骤(2)所述电沉积的时间为400s～1800s，例如可以是400s、420s、440s、460s、480s、500s、550s、600s、650s、700s、750s、800s、850s、900s、950s、1000s、1050s、1100s、1150s、1200s、1250s、1300s、1350s、1400s、1450s、1500s、1550s、1600s、1650s、1700s、1750s或1800s等。
31、作为本专利技术所述电催化析氢电极的制备方法的优选技术方案，步骤(3)所述煅烧的温度为300℃～600℃，例如可以是300℃、325℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃或600℃等。
32、优选地，步骤(3)所述煅烧的升温速率为1℃/min～5℃/min，例如可以是1℃/min、2℃/min、3℃/min、4℃/min或5℃/min等。
33、优选地，步骤(3)所述煅烧的保温时间为1h～6h，例如可以是1h、1.5h本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种稀土氧化物基电催化材料，其特征在于，所述稀土氧化物基电催化材料包括FeNi3/RE2O3，其中，RE为稀土元素。
2.根据权利要求1所述的稀土氧化物基电催化材料，其特征在于，RE为La、Sm、Nd和Pr中的至少一种；
3.一种电催化析氢电极，其特征在于，所述电催化析氢电极包括导电基体和负载在所述导电基体表面的催化剂层，所述催化剂层中的催化剂包括权利要求1或2所述的稀土氧化物基电催化材料；
4.一种如权利要求3所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述镍源为水溶性镍盐，优选包括硝酸镍；
6.根据权利要求4或5所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电沉积的过程中，以铂片为阳极；
7.根据权利要求4-6任一项所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述电沉积的过程中，电压为-0.5V～-1.5V；
8.根据权利要求4-7任一项所述的电催化析氢电极的制备方法，
9.根据权利要求4-8任一项所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
10.一种如权利要求3所述的电催化析氢电极的用途，其特征在于，所述电催化析氢电极用于电催化析氢领域。
...【技术特征摘要】
1.一种稀土氧化物基电催化材料，其特征在于，所述稀土氧化物基电催化材料包括feni3/re2o3，其中，re为稀土元素。
2.根据权利要求1所述的稀土氧化物基电催化材料，其特征在于，re为la、sm、nd和pr中的至少一种；
3.一种电催化析氢电极，其特征在于，所述电催化析氢电极包括导电基体和负载在所述导电基体表面的催化剂层，所述催化剂层中的催化剂包括权利要求1或2所述的稀土氧化物基电催化材料；
4.一种如权利要求3所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述镍源为水溶性镍盐，优选包...
【专利技术属性】
技术研发人员：袁文静，周晨亮，石绍渊，章星宇，
申请(专利权)人：中国科学院赣江创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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