【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电催化领域，具体涉及oer催化材料领域。
技术介绍
0、技术背景
1、能源危机的日趋严重以及污染物排放造成的生存环境恶化使人们开始探索使用更加绿色清洁的能源。开发利用风能、太阳能等可再生能源并转化为电能加以利用，以及把电能储存为清洁氢能成为当下节能减排的重要环节。其中利用可再生能源获得的电能电解水制备氢气，并进行氢能的储存、运输和使用是研究者研究的重点。电解水的主要反应是阳极析氧反应(oer)与阴极析氢反应(her)。
2、oer不仅是电解槽，也是可充电金属空气电池和再生燃料电池等能量转换和存储装置中的重要模块。然而，oer的四电子反应过程及其反应中间体之间的吸附能比例关系给oer催化剂带来了很大的固有过电势和缓慢的反应动力学。开发具有高活性和稳定性基于非贵金属材料的先进电催化剂仍然是一个巨大的挑战。另外，常规的电解水制氢需要消耗淡水，而淡水的缺乏又严重阻碍了电解水制绿氢的进一步发展；但是地球上大部分被海水所覆盖，人类具有丰富的海水资源。故制备能在海水中使用的电解水oer催化剂对于电解水制氢行业的发展，具有重大意义。
3、目前学者所研究制备的碱性电解水oer催化剂在性能与稳定性方面不断取得突破，最引人瞩目的是直接生长或喷涂在具有大比表面积基底如泡沫镍，泡沫铜等的催化剂，其中nife-氢氧化物作为一种被广泛研究的催化剂彰显出无与伦比的催化活性，但是，随着对催化剂应用电流更高要求的提出，原位生长的催化剂暴露出了容易被大气泡冲击脱落而失去活性的缺点，使得oer催化剂的稳定性提升成为重要
4、综上，如何制备出既有高活性又可以在大电流下工作而且保持高稳定性的oer催化剂，尤其是可以在海水中抵御cl-的腐蚀冲击的oer催化剂，具有重大理论和实际意义。
技术实现思路
1、针对目前电解水制氢领域涉及oer催化剂活性不高且在大电流下稳定性不好的问题，而且多数催化剂具有无法在海水中稳定使用的缺点，本专利技术提供了一种石墨/金属氢氧化物复合oer电极的制备方法，旨在制得兼顾优异oer活性、大电流循环稳定性和耐氯稳定性的全新oer催化剂。
2、本专利技术第二目的在于，提供所述的制备方法制得的石墨/金属氢氧化物复合oer电极。
3、本专利技术第三目的在于，提供所述的石墨/金属氢氧化物复合oer电极用于水电解的应用。
4、为了获得理想的oer催化活性，常规的思路在于在石墨的表面复合氢氧化物活性成分，如此虽能获得理想的oer性能，但其材料的稳定性特别是在大电流以及高氯体系下的oer催化稳定性不理想。针对该问题，本专利技术早先尝试将金属氢氧化物活性成分填充在石墨的孔结构以及层间的改进思路，但研发早期表明，该思路难于获得预期的效果，这主要的难点在于：(1)难于将金属氢氧化物高选择性地在石墨的孔以及层间成核；(2)处于石墨孔、层间的金属氢氧化物的活性受限，会很大程度影响oer催化活性，难于获得预期的兼顾活性和稳定性的材料。针对该全新思路实施面临的问题，本专利技术经过深入研究，提供了如下的改进方案：
5、一种石墨/金属氢氧化物复合oer电极的制备方法，将石墨基底浸没在金属水溶液中，并在热强化和/或电强化下预处理，制得预处理石墨基底；再将预处理石墨基底在溶质浓度在1m以上的碱液中进行反应，制得所述的石墨/金属氢氧化物复合oer电极；
6、所述的热处理的温度在50℃以上；
7、所述的金属水溶液中为溶解有金属离子的水溶液，其中，所述的金属离子为ni、fe、co、mn、cr、cu中的至少一种。
8、本专利技术创新地将石墨基底在所述的金属水溶液中进行热强化和/或电强化处理，再在碱中进行反应，进一步配合碱浓度的联合控制，如此能够意外地诱导金属氢氧化物在石墨基底的深层成核和生长，并能够优化其物化结构、缺陷和取向。本专利技术所述的方法能够解决金属氢氧化物深层成核对oer活性的负面影响，此外，还能够显著改善其在大电流和耐氯下的oer催化稳定性，可以获得兼顾优异oer活性、大电流循环稳定性以及耐氯稳定性的oer催化材料。
9、本专利技术中，所述的石墨基底为多孔石墨板；例如，可以为常规的石墨电极(石墨集流体)。
10、本专利技术中，所述的石墨基底密度在1.65～1.85g cm-3。
11、优选地，所述的石墨基底预先经表面氧化处理。所述的表面氧化工艺可以是常规的。例如，可以将石墨基底置于含有硫酸和硝酸的混合酸中进行表面氧化处理。
12、本专利技术中，所述的金属离子包括二价金属离子和三价金属离子。本专利技术研究表明，通过所述的复合离子的联合，配合本专利技术所述的强化以及碱反应工艺，可以优化石墨深层生长的金属氢氧化物的物化结构如形貌、取向和缺陷，例如，可以获得可控缺陷的层状双金属氢氧化物，可以进一步改善制备的材料的oer活性以及大电流和氯下oer催化稳定性。
13、本专利技术中，所述的二价金属离子包括ni2+、fe2+、co2+、mn2+、cr2+、cu2+中的至少一种；所述的三价金属离子包括fe3+、co3+、cr3+中的至少一种；且二价金属和三价金属为不同的金属元素。
14、优选地，所述的二价金属离子和三价金属离子的摩尔比为1～5：1，进一步可以为2～4:1。
15、优选地，所述的金属水溶液中，溶质的浓度可以在0.1m以上，进一步为0.5～5m，进一步可以为3～5m。
16、优选地，所述的金属水溶液中，还添加有酸。
17、优选地，所述的酸包括盐酸、硫酸中的至少一种。
18、本专利技术中，金属水溶液中的酸的浓度可以为0.1～0.5m。
19、本专利技术中，将石墨基底浸泡在所述的金属水溶液中，对其加热保温，进行热强化处理。本专利技术研究表明，通过所述的热强化处理，配合所述的温度以及所述浓度碱反应的联合下，可以优化金属氢氧化物在石墨的孔以及层间的生长行为和取向，如此可以进一步强化材料的oer活性以及大电流和高氯离子浓度下的稳定性。
20、优选地，热强化的温度在50～150℃；进一步为80～100℃。
21、优选地，所述的热强化的时间在5h以上，考虑到处理效率，可进一步为5～10h。
22、本专利技术中，电强化的步骤为：使用hg/hgo电极作为参比电极，铂片作为对电极，所述的石墨基底作为工作电极，将各电极置于所述的金属水溶液中，进行电强化处理，其中，工作电极上的电流设置为-10macm-2～-20macm-2。
23、本专利技术中，通过所述的电强化，可以进一步协同改善金属氢氧化物在石墨深层的生长效率以及行为，可以更好地兼顾制备效率以及材料的oer性能。
24、本专利技术中，电强化的时间为1～2min。
25、本专利技术中，可预先进行热强化，随后进行电强化处理。
26、本专利技术中，在所述的强化处理下，进一步配合碱反应溶质的联合，可以优化金属氢氧化物在石墨基底的孔以及层间的生长行为以及暴露取向和缺陷，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种石墨/金属氢氧化物复合OER电极的制备方法，其特征在于，将石墨基底浸没在金属水溶液中，并在热强化和/或电强化下预处理，制得预处理石墨基底；再将预处理石墨基底在溶质浓度在1M以上的碱液中进行反应，制得所述的石墨/金属氢氧化物复合OER电极；
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的石墨基底为多孔石墨板；
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的金属离子包括二价金属离子和三价金属离子；
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热强化的温度在50～150℃；进一步为80～100℃；
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，电强化的步骤为：使用Hg/HgO电极作为参比电极，铂片作为对电极，所述的石墨基底作为工作电极，将各电极置于所述的金属水溶液中，进行电强化处理，其中，工作电极上的电流设置为-10mAcm-2～-20mAcm-2；
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，碱液中的溶质包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂中的至少一种；
7.一种权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的
8.一种权利要求1～6任一项所述制备方法制得的石墨/金属氢氧化物复合OER电极的应用，其特征在于，将其作为OER催化剂，用于水电解。
9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，将其作为阳极，用于碱性水溶液和/或碱性卤水的电解。
10.如权利要求9所述的应用，其特征在于，所述的碱性水溶液的碱性成分的浓度在0.1M以上，优选为0.5～6M；
...【技术特征摘要】
1.一种石墨/金属氢氧化物复合oer电极的制备方法，其特征在于，将石墨基底浸没在金属水溶液中，并在热强化和/或电强化下预处理，制得预处理石墨基底；再将预处理石墨基底在溶质浓度在1m以上的碱液中进行反应，制得所述的石墨/金属氢氧化物复合oer电极；
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的石墨基底为多孔石墨板；
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的金属离子包括二价金属离子和三价金属离子；
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，热强化的温度在50～150℃；进一步为80～100℃；
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，电强化的步骤为：使用hg/hgo电极作为参比电极，铂片作为对电极，所述的石墨基底作为工作电极，将各电极置于所述的金属水溶液中，进行电强化处...
【专利技术属性】
技术研发人员：周言根，周俊洋，赖延清，王梦然，李思敏，李劼，张凯，洪波，张治安，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
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