【技術實現步驟摘要】
本申請涉及電解水催化劑，具體涉及一種電極組件及其制備方法和在電解水中的應用。
技術介紹
1、在21世紀，隨著傳統化石燃料(如煤、石油、天然氣等)的不斷耗竭，人類對能源的需求持續增長，而由于大規模使用傳統化石燃料導致的環境污染問題已經變得不容忽視。世界各國正在積極尋找和開發綠色、可再生的新能源。氫能作為一種清潔能源，具有高燃燒熱值、無污染產物和多樣化利用等優點，被認為是21世紀最具潛力的二次能源之一。在這一背景下，電催化分解水作為制備氫能的途徑之一引起了廣泛關注。目前，盡管鉑(pt)和二氧化銥(iro2)因其低過電位而被認為是最有效的水分解催化劑，但其價格昂貴、地球含量有限等特點限制了其商業應用的范圍。因此，對于基于非貴金屬(如鐵、鈷、鎳等)的水分解催化劑的研究具有重要的意義。
2、在非貴金屬析氫催化劑中，過渡金屬磷化物因其較高的析氫活性而備受矚目。其中，帶負電的磷(p)原子不僅能夠作為路易斯堿捕獲帶正電的質子，還能有效促進催化活性位點產生的氫氣(h2)的脫附。早在2005年，研究者通過密度泛函理論(density?functionaltheory，dft)計算，首次提出磷化鎳(ni2p)可能是一種非常有效的電催化劑析氫反應(her)催化劑，其(001)晶面具有卓越的電催化析氫活性。因此，過渡金屬磷化物成為一類具有較低析氫過電位的重要析氫催化劑。
3、在非貴金屬析氧催化劑方面，雙金屬氫氧化物催化劑往往表現出較高的電催化析氧性能。其中，鎳鐵共摻雜氫氧化物在電催化水氧化中表現出卓越的催化活性。早在1987年，c
4、但現有的磷化鎳/鎳鐵共摻雜氫氧化物催化劑用于電解水制氫時，存在穩定性較差的問題。
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種電極組件及其制備方法和在電解水中的應用。該種電極組件不僅具有較高的催化活性，而且還具有較好的穩定性。
2、為了實現上述專利技術目的，本專利技術提供以下技術方案：
3、本專利技術第一方面提供了一種電極組件，該種電極組件包括析氧電極和析氫電極；
4、析氧電極包括第一基底，以及負載于第一基底表面的第一催化活性層，第一催化活性層包括具有納米線結構的鐵摻雜的氫氧化鎳(ni(oh)2-fe)；
5、析氫電極包括第二基底，以及負載于第二基底表面的第二催化活性層，第二催化活性層包括具有納米線結構的磷化鎳(ni2p)。
6、作為優選，析氧電極或析氫電極中納米線結構的直徑為5～10nm。
7、在本專利技術實施方式中，第一基底或第二基底包括泡沫鎳(nf)、碳纖維紙、碳布、碳氈中的至少一種。
8、在本專利技術具體實施方式中，第一基底或第二基底為泡沫鎳。
9、作為優選，鐵摻雜的氫氧化鎳中，鐵元素與鎳元素的物質的量之比為1:(2～5)。在一些具體實施方式中，鐵摻雜的氫氧化鎳中，鐵元素與鎳元素的物質的量之比為1:2、1:3、1:3.5、1:4、1:5，或者兩者之間的任意比值。
10、作為優選，鐵摻雜的氫氧化鎳在第一基底表面的負載量為0.5～2mg/cm2。在一些具體實施方式中，鐵摻雜的氫氧化鎳在第一基底表面的負載量為0.5mg/cm2、1mg/cm2、1.5mg/cm2、2mg/cm2，或者兩者端值之間的任意數值。
11、作為優選，磷化鎳在第二基底表面的負載量為0.5～2mg/cm2。在一些具體實施方式中，磷化鎳在第二基底表面的負載量為0.5mg/cm2、1mg/cm2、1.5mg/cm2、2mg/cm2，或者兩者端值之間的任意數值。
12、本專利技術第二方面提供了上述電極組件的制備方法，包括如下步驟：
13、(1)將鎳鹽、尿素和去離子水混合均勻，得到混合溶液；
14、將第一基底浸沒于混合溶液中，經第一水熱反應，得到具有納米線結構的第一氫氧化鎳電極；
15、將第二基底浸沒于混合溶液中，經第二水熱反應，得到具有納米線結構的第二氫氧化鎳電極；
16、(2)將步驟(1)制備的第一氫氧化鎳電極浸沒于鐵鹽溶液中，經靜置浸泡處理，得到析氧電極；
17、在惰性氣體氛圍下，將步驟(1)制備的第二氫氧化鎳電極與磷源相接觸，經煅燒處理，得到析氫電極；
18、(3)將析氧電極和析氫電極組裝，得到電極組件。
19、在制備第一氫氧化鎳電極和/或第二氫氧化鎳電極過程中，需要控制鎳鹽和尿素物質的量比例，保證鎳鹽和尿素混合后的溶液ph在合適的區間范圍，否則將無法得到具有納米線結構的氫氧化鎳電極。作為優選，鎳鹽與尿素的物質的量之比為1：(0.5～3)。示例性的，鎳鹽與尿素的物質的量之比為1：0.5、1：0.6、1：0.7、1：0.8、1：0.9、1：1、1：1.375、1：2、1：2.5、1：3中的任一數值或上述任意兩兩數值組成的范圍值中的任一數值。
20、在制備具有納米線結構的鐵摻雜的氫氧化鎳析氧電極過程中，將第一氫氧化鎳電極浸沒于鐵鹽溶液中，經靜置浸泡處理發生離子交換反應，生成鐵摻雜的氫氧化鎳(ni(oh)2-fe)，在該步驟中需嚴格控制鐵鹽溶液的濃度，如鐵鹽溶液濃度過高，會破壞氫氧化鎳納米線結構，而鐵鹽溶液濃度過低，則會造成摻雜不充分，進而影響電極的電催化性能。作為優選，鐵鹽溶液的濃度為1～100mm。示例性的，鐵鹽溶液的濃度為1mm、10mm、20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm中的任一數值或上述任意兩兩數值組成的范圍值中的任一數值。
21、在制備具有納米線結構的磷化鎳(ni2p)析氫電極過程中，將第二氫氧化鎳電極與磷源相接觸，經煅燒處理發生磷化反應(低溫磷化)，生成磷化鎳ni2p，在該步驟中需要保證磷源和第二氫氧化鎳電極中氫氧化鎳納米線的質量比，如磷源的量過多，會造成納米線結構被破壞，無法維持具有納米線結構磷化鎳一體化電極；而磷源的量過少，則會存在磷化不徹底的問題，無法得到目標產物磷化鎳。作為優選，磷源與第二氫氧化鎳電極中的氫氧化鎳的質量比為(5～20):1。示例性的，磷源與第二氫氧化鎳電極中的氫氧化鎳的質量比為5:1、6:1、7:1、8:1、9:1、10:1、12:1、14:1、16:1、18:1、20:1中的任一數值或上述任意兩兩數值組成的范圍值中的任一數值。
22、更優選的，磷源與第二氫氧化鎳電極中的氫氧化鎳的質量比為10:1。
23、作為優選，混合溶液的ph值為5～7。示例性的，混合溶液的ph值為5、6、7，或者兩端值之間的任意數值。
24、在本專利技術實施方式中，鎳鹽包括但不限于硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳中的至少一種。
25、在本專利技術實施方式中，鐵鹽包括但不限于硝酸鐵本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種電極組件，其特征在于，所述電極組件包括析氧電極和析氫電極；
2.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述析氧電極或析氫電極中納米線結構的直徑為5～10nm。
3.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述第一基底或第二基底包括泡沫鎳、碳纖維紙、碳布、碳氈中的至少一種。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的電極組件，其特征在于，所述鐵摻雜的氫氧化鎳中，鐵元素與鎳元素的物質的量之比為1：(2～5)；
5.權利要求1-4中任一項所述電極組件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
6.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽與所述尿素的物質的量之比為1：(0.5～3)；
7.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述混合溶液的pH值為5～7。
8.根據權利要求5或6所述的制備方法，其特征在于，所述鎳鹽包括硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳中的至少一種；
9.根據權利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述第一水熱反應或第二水熱反應的溫度為100～160℃，所述第一水熱反應或第
10.權利要求1-4中任一項所述的電極組件或由權利要求5-9中任一項所述制備方法制得的電極組件在電解水中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種電極組件，其特征在于，所述電極組件包括析氧電極和析氫電極；
2.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述析氧電極或析氫電極中納米線結構的直徑為5～10nm。
3.根據權利要求1所述的電極組件，其特征在于，所述第一基底或第二基底包括泡沫鎳、碳纖維紙、碳布、碳氈中的至少一種。
4.根據權利要求1-3中任一項所述的電極組件，其特征在于，所述鐵摻雜的氫氧化鎳中，鐵元素與鎳元素的物質的量之比為1：(2～5)；
5.權利要求1-4中任一項所述電極組件的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
6.根據權利要求5所...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李其鴻，張綱峰，麥啟波，
申請(專利權)人：江蘇皇冠新材料科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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