一种用于氧气析出自支撑可控电极材料的制备方法和应用与流程

本发明属于电催化全解水领域，涉及一种用于氧气析出自支撑可控电极材料的制备方法和应用。

背景技术：

由于大量化石燃料的使用造成了能源消耗和环境问题不断增加，寻求一些有效的方法来实现太阳能，电力等清洁能源的利用和转化是非常迫切的。其中，通过电将水分解为氢气和氧气是解决未来化学燃料短缺和减少化石燃料消耗相关的环境污染的最重要的方法之一。水分解是由两个半反应组成，即析氢反应(her)和析氧反应(oer)。而阳极oer由于其复杂的四电子转移而导致反应速度缓慢，严重阻碍了水分解的整体转换效率。因此，就目前而言，oer的高过电位是该领域需要解决的最大问题之一。

在过渡金属中，作为地球上最丰富的金属之一的铁作为oer的催化剂受到了有限的关注。由于其可调节的d轨道和多种化学结构，是oer催化剂的可行替代品。目前feooh电催化剂是由粉末构成，并需要在粘结剂的帮助下涂抹在导电基底上，这会造成活性表面积减小，导电性恶化，结构稳定性变差以及产生的气泡会造成催化剂的脱落。因此构建自支撑材料对粉末问题的解决和对性能的进一步提升有十分重要的现实意义。

如何通过一种简单的合成方法，对产物形貌进行精确控制是此类材料面临的主要问题。另外，对制备材料的裸露面进行可控调节，控制其孔径分布及孔径尺寸，使其产生所需的催化效果及比表面积。

目前这一类材料的研究主要是通过不同的制备方法，目前研究主要集中在不同物质进行制备及形貌表征方面。在已知的、现有的这一类材料的基础上，通过电场控制而制备各种形貌的，具有合理的孔径分布和较小的孔径尺寸，以及较大比较面积材料还未见报道。

因此，提供一种可以控制的纳米电极材料及其制备方法是很有必要的。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种用于氧气析出自支撑可控电极材料制备方法和应用。

具体技术方案如下：

一种用于氧气析出自支撑可控电极材料的制备方法，具体包括如下步骤：

(1)将一定量铁的可溶性盐溶解于去离子水中，搅拌得到溶液a；

(2)取1.2×1cm-2泡沫镍nf片层作为自支撑基底，依次在盐酸，乙醇和去离子水中超声10-20min进行清洗，制备基体b；

(3)将溶液a作为滴定液通过一导电滴定头加入到基体b的容器中，且同时向所述导电滴头与所述溶液之间施加一电场，使得加入该容器中的滴定液带电荷，将该容器放在磁力搅拌器上搅拌20-60min，制备基体c；

(4)将基体c放入烘箱中，在120℃下保温1-3h。冷却到室温后将得到的nf用去离子水洗涤1-3次，并在60-80℃下干燥1-2小时，即得到所制备的电极材料，即为nf-fex，其中0<x<0.5。

所述铁的可溶性盐为硝酸盐、醋酸盐、氯化盐、磷酸盐中的一种或几种。

步骤(1)中去离子水的用量为fe的可溶性盐摩尔量的10-20倍。

步骤(2)中盐酸的浓度为38％。

所述磁力搅拌，搅拌转速为500r/min-800r/min。

步骤(3)中导电滴头注入反应器中的速度为0.1μml/min～10ml/min，所述电场为直流电场或交流电场，且电场强度为-1000v/cm～+1000v/cm。

一种用于氧气析出自支撑可控电极材料的应用，所制备的电极材料可以作为电极材料、催化材料等应用。

与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：

本发明提供的电场下一种可控电容材料的制备方法，通过电场强度及方向的控制，可有效控制化学反应所析出的纳米材料的形状和结构，实现可控制备，获得不同需求的纳米结构材料。通过电场强度及方向的控制可调节制备材料的裸露晶面，使其产生所需的催化效果、比表面积。

附图说明

图1为实施例1所制备电极材料的sem图；

图2为实施例1所制备电极材料的析氧曲线图；

图3为实施例2所制备电极材料的sem图；

图4为实施例2所制备电极材料的tem图；

图5为实施例2所制备电极材料的析氧曲线图；

图6为实施例3所制备电极材料的sem图；

图7为实施例3所制备电极材料的析氧曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围不受具体实施例和附图所限。

实施例1

一种用于氧气析出自支撑可控电极材料制备方法，包括以下步骤：x＝0.1。

将0.1mmol的fecl3·6h2o充分溶解在30ml的去离子水后转移到teflon衬里容器中，将上述溶液作为滴定液通过一导电滴定头加入到溶液a的容器中，使两者混合均匀后，且同时向所述导电滴头与所述溶液之间施加一电场，设置电压为+1000v，并浸入已经依次在盐酸，乙醇和去离子(di)水中超声清洗的泡沫镍基底，在120℃下加热3h。冷却到室温后将得到的ni泡沫用水洗涤三次，并在60℃下干燥2小时，得到所制备的电极材料。

采用三电极体系对得到的这种自支撑的电极材料进行电催化析氧性能进行测试，以pt片为对电极，饱和甘汞电极(sce)为参比电极，工作电极为自支撑电极材料；测试仪器为parstat2273电化学工作站；测试溶液为1mol/l的koh。测试参数：lsv测试时扫描速率5mv/s。

所制备电极材料的sem图如图1所示。电极材料的析氧曲线图如图2所示。从图1可以看出，电极由互相连接的纳米片组成的花瓣状，从图2可知，nf表现出非常低的催化活性。

在这些催化剂中，nf表现出非常低的催化活性，当fe掺杂量为0.1时，表现出较好的催化活性。

实施例2.

一种用于氧气析出自支撑可控电极材料制备方法和该方法包括以下步骤：x＝0.2

将0.2mmol的fe(no3)3充分溶解在30ml的去离子水后转移到teflon衬里容器中，将上述溶液作为滴定液通过一导电滴定头加入到溶液a的容器中，使两者混合均匀后，且同时向所述导电滴头与所述溶液之间施加一电场，设置电压为+500v，并浸入已经依次在盐酸，乙醇和去离子(di)水中超声清洗的泡沫镍基底，在120℃下加热2h。冷却到室温后将得到的ni泡沫用水洗涤三次，并在60℃下干燥2小时，得到所制备的电极材料。

采用三电极体系对得到的这种自支撑的电极材料进行电催化析氧性能进行测试，以pt片为对电极，饱和甘汞电极(sce)为参比电极，工作电极为自支撑电极材料；测试仪器为parstat2273电化学工作站；测试溶液为1mol/l的koh。测试参数：lsv测试时扫描速率5mv/s。

所制备电极材料的sem图如图3所示。透射电镜图为图4所示。电极材料的析氧曲线图如图5所示。从图4可以看出，透射电镜中的晶面间距确定为约0.201nm，其对应于nf的(111)面。从图5可知，nf表现出非常低的催化活性，当fe掺杂量为0.,2时，表现出最优的催化活性。

实施例3.

一种用于氧气析出自支撑可控电极材料制备方法和该方法包括以下步骤：x＝0.3

将0.3mmol的醋酸铁充分溶解在30ml的去离子水后转移到teflon衬里容器中，将上述溶液作为滴定液通过一导电滴定头加入到溶液a的容器中，使两者混合均匀后，且同时向所述导电滴头与所述溶液之间施加一电场，设置电压为-500v，并浸入已经依次在盐酸，乙醇和去离子(di)水中超声清洗的泡沫镍基底，在120℃下加热2h。冷却到室温后将得到的ni泡沫用水洗涤三次，并在60℃下干燥2小时，得到所制备的电极材料。

采用三电极体系对得到的这种自支撑的电极材料进行电催化析氧性能进行测试，以pt片为对电极，饱和甘汞电极(sce)为参比电极，工作电极为自支撑电极材料；测试仪器为parstat2273电化学工作站；测试溶液为1mol/l的koh。测试参数：lsv测试时扫描速率5mv/s。

所制备电极材料的sem图如图6所示，电极材料的析氧曲线图如图7所示。