【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电催化水分解析氧催化剂，更具体地，涉及一种自支撑镍铁钼析氧催化剂、制备及用于碱性水分解析氧电极的应用。
技术介绍
1、氢能，因其来源丰富，分子质量小，能量密度高和使用过程对环境友好，被标榜为二十一世纪的理想能源。此外，其作为可再生能源的良好载体，不但可以更经济地实现电能、热能的长循环，而且可以做到能源的大量储备。电催化水分解是一种很有吸引力的提供清洁和可再生氢能的方法。然而，析氧反应(oer)因涉及到四质子耦合的多电子转移步骤，动力学比较缓慢而且需要较高过电位，这已成为水分解的瓶颈。贵金属催化剂(如ruo2和iro2)是目前最受欢迎的oer电催化剂，但高成本和高电流密度应用下的稳定性问题严重阻碍了其大规模应用。
2、目前，许多高效、经济的电催化剂，如过渡金属基氧化物、氢氧化物、磷化物、硫化物和氮化物已被研究开发为oer的候选催化剂。然而，上述催化剂的oer性能通常是在相对较低的电流密度(如10ma/cm2)下评估的，目前还不清楚它们是否能在高电流密度下保持较高的活性和良好的稳定性。因此，在工业级电流密度(>500ma/cm2)下实际应用，仍然是巨大的挑战。
3、此外催化剂的制备工艺复杂度与成本控制也是目前面临的问题。传统的制备方法通常涉及多步骤过程，这不仅增加了技术实现的难度，也推高了整体的生产成本。例如常见的水热法需要使用反应釜来满足高温高压的催化剂生长环境，严重制约了其大规模工业化应用的可行性。尽管电沉积技术作为替代方案被提出以简化制备流程，但初期设备投入和维护成本高昂，而且加工时
4、因此，当前市场上亟须改革催化剂制备方法，大幅度简化制备流程，同时降低经济成本。此外，所追求的技术还应能促进催化剂的快速反应能力，确保其具备高度的活性与稳定性，以推动电解水技术向更加经济、绿色且高效的工业化方向迈进。
5、公开号为cn111871421a的专利技术专利中披露的专利技术方法，通过在100℃下利用尿素水解途径历经24小时制备了以类水滑石纳米片为基本构建单元的纳米线催化剂。此过程必须在高压反应器中执行，这不仅限制了大规模生产的可行性，鉴于对特殊设备的依赖，还因反应周期较长而增加了生产成本并降低了整体效率
技术实现思路
1、本专利技术解决了现有技术中析氧催化剂需要用到昂贵的贵金属催化剂，催化活性和稳定性较差，且制备工艺复杂的技术问题。本专利技术选择简单的一步水浴法制备自支撑镍铁钼析氧催化剂，其形貌为纳米片包裹的金字塔，显著提升了电化学比表面积，暴露更多活性位点，从而保证了大电流密度下高效稳定的碱性水分解析氧反应。
2、根据本专利技术第一方面，提供了一种自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，将镍盐、铁盐、钼酸铵、尿素和氟化铵加入水中，得到混合溶液，向所述混合溶液中加入镍基底，然后进行水浴加热，所述水浴加热的温度为85～95℃，时间为6h～12h，即得到自支撑镍铁钼析氧催化剂。
3、优选地，所述混合溶液中，铁盐的浓度为0.002～0.009mol/l。
4、优选地，所述钼酸铵的浓度为0.01～0.02mol/l。
5、优选地，所述混合溶液中，所述镍盐的浓度为0.01～0.03mol/l。
6、优选地，所述混合溶液中，所述尿素的浓度为0.2～0.4mol/l。
7、优选地，所述混合溶液中，所述氟化铵的浓度为0.05～0.1mol/l。
8、优选地，所述镍基底为镍板、泡沫镍、镍毡或镍片。
9、根据本专利技术另一方面，提供了任意一项方法制备得到的自支撑镍铁钼析氧催化剂。
10、根据本专利技术另一方面，提供了所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂作为阳极催化剂用于碱性水分解制氢的应用。
11、优选地，所述碱性水分解制氢的电流密度为500ma/cm2以上。
12、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：
13、(1)本专利技术的电极制备过程高度集成，摒弃了繁琐的多步合成路径，实现在较低的温度(85-95℃)下的单一步骤制备，无需高压，仅通过水浴反应即可得到，大幅降低了能耗与成本。无需高温高压设备的支持，使得该电极的规模化生产成为可能，极大拓宽了其在实际工业应用中的可行性。本专利技术通过水浴时间(6h～12h)调控合成工艺，即可得到不同形貌的纳米片包裹金字塔结构的镍铁钼复合纳米结构。这种独特的结构特性不仅增大了电化学比表面积，增强了电极材料对中间体的吸附能力，还促进了晶格氧的有效参与，加速了氧分子的生成与释放过程，减少了不必要的能量消耗，从而在本质上优化了电催化性能。
14、(2)本专利技术制备的自支撑镍铁钼析氧电极，其核心优势在于成功利用了晶格氧氧化机制(lom)来驱动高效的析氧反应，巧妙地绕过了传统吸附剂演变机制(aem)的局限性。降低了反应的激活能垒，使得电化学析氧过程在更低的过电势下即可高效进行，显著提升了能源转换效率。
15、(3)本专利技术制备得到的产物在碱性电解液具有优异的析氧特性，在电流密度达到500、1000、2000和3000ma/cm2时，对应的过电位分别为269、289、332和342mv，表明具有高效的电催化析氧反应活性，能够显著降低反应势垒，减少电催化水分解过程中对电能的消耗。
16、(4)本专利技术通过一步水浴制备得到了碱性水分解制氢的自支撑镍铁钼析氧电极，具有合成工序简单和组分易于调控的特点，已制备的碱性水分解制氢的镍铁钼电极构筑的碱性阴离子交换膜电解槽兼顾价格低廉以及出色的活性和稳定性，具有广阔的研究前景和战略意义。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，将镍盐、铁盐、钼酸铵、尿素和氟化铵加入水中，得到混合溶液，向所述混合溶液中加入镍基底，然后进行水浴加热，所述水浴加热的温度为85～95℃，时间为6h～12h，即得到自支撑镍铁钼析氧催化剂。
2.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，铁盐的浓度为0.002～0.009mol/L。
3.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述钼酸铵的浓度为0.01～0.02mol/L。
4.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，所述镍盐的浓度为0.01～0.03mol/L。
5.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，所述尿素的浓度为0.2～0.4mol/L。
6.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，所述氟化铵的浓度为0.05～0.1mol/L。
7.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析
8.如权利要求1-7任意一项方法制备得到的自支撑镍铁钼析氧催化剂。
9.如权利要求8所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂作为阳极催化剂用于碱性水分解制氢的应用。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述碱性水分解制氢的电流密度为500mA/cm2以上。
...【技术特征摘要】
1.一种自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，将镍盐、铁盐、钼酸铵、尿素和氟化铵加入水中，得到混合溶液，向所述混合溶液中加入镍基底，然后进行水浴加热，所述水浴加热的温度为85～95℃，时间为6h～12h，即得到自支撑镍铁钼析氧催化剂。
2.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，铁盐的浓度为0.002～0.009mol/l。
3.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述钼酸铵的浓度为0.01～0.02mol/l。
4.如权利要求1所述的自支撑镍铁钼析氧催化剂的制备方法，其特征在于，所述混合溶液中，所述镍盐的浓度为0.01～0.03mol/l。
5...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。