一种植酸改性的水滑石纳米阵列材料及其电催化盐水析氧的方法与流程

本发明属于及电化学催化领域，具体涉及一种植酸改性的水滑石纳米阵列材料及其电催化盐水析氧的方法。

背景技术：

1、氢能是一种具有高能量密度和环境友好性的能源载体。电解水制氢作为一种简便、经济、生态友好的制氢技术，在日益增长的全球能源需求方面脱颖而出。目前，许多低成本的水电解槽被开发。但是几乎所有的体系都使用淡水资源作为电解液，这无疑给淡水资源带来沉重的压力。如果直接电解高浓盐水生产氢气，氢气作为燃料又会生产高纯度淡水，将同时实现高浓盐水净化和产氢的目的。但高浓盐水中高浓度的氯离子不仅会在阳极发生氯氧化反应与电解水的析氧反应发生竞争，也会腐蚀析氧反应催化剂。

2、因此，人们急需开发一种高效且稳定的析氧反应催化剂用于电解盐水制氢。

3、为了解决以上问题，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明开发了一种植酸改性的水滑石纳米阵列材料及其电催化盐水析氧的方法，该方法是通过使用植酸包覆的水滑石纳米阵列材料作为阳极或在盐水加入植酸来催化电解高浓盐水析氧的。

2、本发明第一方面提供了一种植酸改性的水滑石纳米阵列材料，其特征在于，包含植酸外层、水滑石纳米阵列中间层及导电基底内层。

3、优选地，所述植酸改性的水滑石纳米阵列材料中包含的金属元素选自：镍、钴、铁、锰、钒、铬、铜中的一种或几种。

4、本发明第二方面提供了一种第一方面所述的植酸改性的水滑石纳米阵列材料的制备方法，包括以下步骤：首先将水滑石纳米阵列材料浸泡入植酸溶液中，再将上述溶液转移至水热反应釜后，放入烘箱进行水热操作，之后用去离子水洗涤，除去电极表面残留物质后干燥，即得到植酸包覆的水滑石纳米阵列材料。

5、优选地，所述植酸溶液的浓度为0.01～10摩尔每升。

6、优选地，所述植酸溶液的溶剂为乙醇、水、丙醇或其他可溶解植酸的溶剂中的一种或几种。

7、优选地，所述水热温度为50℃～200℃，水热时间为1～50小时。

8、本发明第三方面提供了一种第一方面所述的植酸改性的水滑石纳米阵列材料电催化盐水析氧的方法，包括下列三种方案中的至少一种；

9、方案一，构建植酸包覆的水滑石纳米阵列材料作为阳极的高浓盐水电解反应器，并将电解液与所述植酸改性的水滑石纳米阵列材料接触。

10、方案二：构建未改性的水滑石纳米阵列材料作为阳极的高浓盐水电解反应器，并将含有植酸的电解液与所述未改性的水滑石纳米阵列材料接触。

11、方案三：构建植酸包覆的水滑石纳米阵列材料作为阳极的高浓盐水电解反应器，并将含有植酸的电解液与所述未改性的水滑石纳米阵列材料接触。

12、优选地，所述电解液中氢氧化钠、氢氧化钾或其他显碱性的物质浓度为0.01～10摩尔每升。

13、优选地，所述电解液中氯化钠浓度为0.01～3摩尔每升。

14、优选地，方案二或方案三中所述含有植酸的电解液中，植酸的浓度为10～1000毫克每升。

15、上述技术方案在不矛盾的前提下，可以自由组合。

16、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

17、1、本发明首次以植酸改性水滑石纳米阵列材料作为电催化盐水反应的阳极催化剂，这是因为植酸中磷酸根集团本身就有很高的电负性，吸附水滑石附近的电子后，电负性更强，对电解液中的氯离子排斥性更强，且植酸是大分子结构，有一定的位阻来阻隔氯离子进入水滑石中进行腐蚀。

18、2、本发明所述的植酸改性的水滑石纳米阵列材料中电子云密度更低，金属价态更高，催化活性更好，可以保持更长时间的阳极稳定性，最长达到800小时左右。

技术特征：

1.一种植酸改性的水滑石纳米阵列材料，其特征在于，包含植酸外层、水滑石纳米阵列中间层及导电基底内层。

2.根据权利要求1所述的植酸改性的水滑石纳米阵列材料，其特征在于，所述植酸改性的水滑石纳米阵列材料中包含的金属元素选自：镍、钴、铁、锰、钒、铬、铜中的一种或几种。

3.一种权利要求1所述的植酸改性的水滑石纳米阵列材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：首先将水滑石纳米阵列材料浸泡入植酸溶液中，再将上述溶液转移至水热反应釜后，放入烘箱进行水热操作，之后用去离子水洗涤，除去电极表面残留物质后干燥，即得到植酸包覆的水滑石纳米阵列材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述植酸溶液的浓度为0.01～10摩尔每升。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述植酸溶液的溶剂为乙醇、水、丙醇或其他可溶解植酸的溶剂中的一种或几种。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热温度为50℃～200℃，水热时间为1～50小时。

7.一种权利要求1所述的植酸改性的水滑石纳米阵列材料电催化盐水析氧的方法，其特征在于，包括下列三种方案中的至少一种；

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，其特征在于，所述电解液中氢氧化钠、氢氧化钾或其他显碱性的物质浓度为0.01～10摩尔每升。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述电解液中氯化钠浓度为0.01～3摩尔每升。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，方案二或方案三中所述含有植酸的电解液中，植酸的浓度为10～1000毫克每升。

技术总结
本发明提供了一种植酸改性的水滑石纳米阵列材料电催化盐水析氧的方法，所述方法包括以下三种方案中的至少一种：方案一，构建植酸包覆的水滑石纳米阵列材料作为阳极的高浓盐水电解反应器，并将电解液与所述植酸改性的水滑石纳米阵列材料接触。方案二：构建未改性的水滑石纳米阵列材料作为阳极的高浓盐水电解反应器，并将含有植酸的电解液与所述未改性的水滑石纳米阵列材料接触。方案三：构建植酸包覆的水滑石纳米阵列材料作为阳极的高浓盐水电解反应器，并将含有植酸的电解液与所述未改性的水滑石纳米阵列材料接触。本发明所述的植酸改性的水滑石纳米阵列材料中金属离子附近电子云密度降低，使得金属离子价态更易达到高价态，从而催化活性更好。

技术研发人员：孙晓明,刘威,李世航,邝允
受保护的技术使用者：深圳氢致能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16