【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電催化，尤其涉及一種三維多孔陣列碳電極及其制備方法和應用。
技術介紹
1、電催化產氣反應在電化學能量轉換過程中具有重要作用，其中，電解水被認為是一種可持續的綠氫生產技術，由兩種產氣反應組成，包括陰極的析氫反應（her）和陽極的析氧反應（oer）。近年來，采用熱力學上更有利的陽極氧化反應，例如尿素氧化反應（uor），可以提高能源轉換效率。在大電流密度（>500?ma?cm?2）下運行，這些產氣反應對于電解水技術的工業應用至關重要，可以減少資本投入。然而，大電流密度操作需要高電子傳輸速率、反應物的快速供應/消耗以及產物的產生/去除，這就需要多維度設計高性能催化電極。
2、到目前為止，大多數報道的催化劑都是以粉末形式制備的，它們通常以添加聚合物粘結劑的漿料形式滴注于玻碳電極表面進行性能評估，這在大電流密度下不可避免地會導致活性位點被掩埋，電子/物質傳輸受阻，催化劑脫落等問題。為了解決這些問題，發展了高表面積和低成本的泡沫鎳（nf）自支撐電極。然而，nf電極仍然存在技術缺陷：nf過大的孔徑和高孔隙率使其存在大量的空隙無法負載催化物質，因此限制了活性位點面密度；nf中無序和隨機的孔分布可能會捕獲反應中產生的氣泡，從而阻礙其從電極表面及時釋放，進而加重了大電流密度下氣泡對催化性能的負面影響。以上這些缺陷是導致催化性能受限的根本原因。
3、因此，迫切需要一種具有更理想的多孔結構和更高化學穩定性的自支撐電極來克服傳統多孔金屬電極的局限性，實現更優異的催化性能，從而擴展自支撐電極在不同條件下的適用性。<...
【技術保護點】
1.一種三維多孔陣列碳電極，其特征在于，所述三維多孔陣列碳電極包括微米孔和納米孔組成的多尺度孔隙結構，其比表面積不低于200?m2?g?1，孔面積不低于50?m2?g?1。
2.如權利要求1所述的三維多孔陣列碳電極，其特征在于，所述三維多孔陣列碳電極的水滴接觸角不高于10°，氣泡接觸角不低于160°。
3.如權利要求1所述的三維多孔陣列碳電極，其特征在于，所述三維多孔陣列碳電極的粗糙度不低于2800。
4.如權利要求1所述的三維多孔陣列碳電極，其特征在于，所述三維多孔陣列碳電極在尿素氧化反應中在1.360?V的低電位下可提供1000?mA?cm?2的大電流密度。
5.一種三維多孔陣列碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述活性物質為Ni(OH)2、Ru或NiFe(OH)x中的至少一種。
7.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述電沉積采用標準的三電極體系，三維陣列碳膜電極基底、Ag/AgCl電極和石墨棒分別作為工作電極、參
8.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（2）中，所述冷凍干燥的溫度為-40～-60?℃，時間為1-8?h；
9.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（1）中，水熱自組裝反應的溫度為120-180?℃，時間為6-12?h。
10.一種如權利要求1～4中任一項所述的三維多孔陣列碳電極或者由權利要求5～9中任一項所述的制備方法制備獲得的三維多孔陣列碳電極在電解水制氫中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種三維多孔陣列碳電極，其特征在于，所述三維多孔陣列碳電極包括微米孔和納米孔組成的多尺度孔隙結構，其比表面積不低于200?m2?g?1，孔面積不低于50?m2?g?1。
2.如權利要求1所述的三維多孔陣列碳電極，其特征在于，所述三維多孔陣列碳電極的水滴接觸角不高于10°，氣泡接觸角不低于160°。
3.如權利要求1所述的三維多孔陣列碳電極，其特征在于，所述三維多孔陣列碳電極的粗糙度不低于2800。
4.如權利要求1所述的三維多孔陣列碳電極，其特征在于，所述三維多孔陣列碳電極在尿素氧化反應中在1.360?v的低電位下可提供1000?ma?cm?2的大電流密度。
5.一種三維多孔陣列碳電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟（3）中，所述活性物質為ni(oh)2...
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