自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法
1.本发明涉及电化学催化材料相关技术领域，具体为自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法。
背景技术：
2.利用电解水技术制备高纯绿氢气可以有效应对由化石燃料的大量消耗导致的能源和环境危机。然而，由于淡水短缺和高性能廉价电极的缺乏，该技术的大规模实施仍然具有挑战性。由于自然界中海水丰富且成本低廉，电解海水是传统电解淡水的一种有吸引力的替代方案。然而，与电解海水同时发生的不良氯离子氧化反应极大地阻碍了海水电解的整体性能。为了解决这个问题，迫切需要迫切开发高效、稳健的碱性海水电解催化剂。
3.通过电解水/海水实现可持续氢气生产要求开发高性能廉价非贵金属基催化电极，自支撑催化电极具有活性材料负载量高、活性位点暴露充分、催化剂与载体结合力紧密等优点，在大电流密度海水电解中表现出广阔的应用前景。其中，泡沫镍自支撑的镍基氢氧(羟基氧)化物、硫化物、磷化物对海水中的氯离子表现出优异的耐腐蚀性，并表现出良好的oer选择性活性。然而地球上镍的自然丰度约为1.8％，远低于铁(32％)；结合铁的环保特性，设计泡沫铁自支撑的非贵金属电催化剂将更适用于工业化绿氢的生产。但是，现有技术的泡沫铁基催化电极难以在大电流密度下较好的实现碱性海水的电解，廉价泡沫铁基催化电极在大电流密度催化活性较低的问题。
技术实现要素：
4.本发明的目的在于提供自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，以解决上述背景技术中提出的现有技术制备的泡沫铁基催化电极难以在大电流密度下实现高效碱性海水电解问题。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，包括以下原料及组分，其特征在于：nicl2·
6h2o、nah2po2和泡沫铁，其中一种催化电极为泡沫铁自支撑的无定形镍铁氧纳米阵列(nife-o nas/fe foam)，且用作全解海水的阳极，另一种催化电极为泡沫铁自支撑的无定形镍铁磷纳米阵列(nife-p nas/fe foam)，且用作全解海水的阴极。
6.作为进一步的技术方案，其特征在于：包括配制氯化镍溶液、腐蚀泡沫铁得到nife-o nas/fe foam、和低温磷化nife-o nas/fe foam得到nife-p nas/fe foam；其特征在于：
7.步骤一：配制氯化镍溶液；称取10mmol nicl2·
6h2o溶于10ml水溶液中配制氯化镍溶液；
8.步骤二：浸泡泡沫铁；裁剪出面积为2
×
3cm2泡沫铁，将定裁剪的泡沫铁在室温下浸泡于上述溶液中一段时间，在此过程中，nife-o nas会原位生长于泡沫铁表面，浸泡腐蚀后的电极在用水反复洗涤并在60℃空气中干燥1h后，即可得到具有高比表面积的无定形
nife-o nas/fe foam；
9.步骤三：nife-p nas/fe foam的制备是在化学气相沉积系统中对nife-o nas/fe foam进行低温磷化得到的，其特征在于，nife-o nas/fe foam放置在管式炉下游端，使用石英舟负载0.9gnah2po2粉末放置在管式炉的上游端，其次，管式炉封闭管口后，将腔体中的氧气抽空，在30sccm氩气中以2℃min-1
的加热速率将样品加热至300℃，保温0.25，0.5，1，2h，反应结束后将体系缓慢降至室温后既可以得到具有高比表面积的无定形nife-p nas/fe foam。
10.作为进一步的技术方案，其特征在于：泡沫铁(fe foam)经过短短5min氯化镍溶液的蚀刻表面会有无定形的nife-o纳米线(nas)阵列生成，非晶的nife-o nas/fe foam电极可以实现高速析氧。
11.作为进一步的技术方案，其特征在于：nife-o nas/fe foam衍生出高活性的无定形nife-p nas/fe foam可以实现高电流密度析氢，制备得到的nife-p纳米线阵列长度依然约为800nm，表面具有多孔结构，且为非晶态。
12.作为进一步的技术方案，其特征在于：合成的nife-p nas/fe foam和nife-onas/fe foam均主要以廉价铁为原料制成。
13.作为进一步的技术方案，其特征在于：合成的nife-p||nife-o电极对仅需要1.862v的电压即可在全解海水中达到500ma cm-2
的大电流密度，并可以在该电流密度下稳定工作100h。
14.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
15.1、本发明采用氯化物蚀刻生长与低温磷化组合的方成将廉价的铁泡沫转化为高效稳健的催化电极用于高效海水电解，助力绿氢的市场渗透率的提升；
16.2、泡沫铁(fe foam)经过短短5min氯化镍溶液的蚀刻表面会有无定形的nife-o纳米线(nas)阵列生成，所得非晶的nife-o nas/fe foam电极可以实现高速析氧；ni fe-o nas/fe foam衍生出高活性的无定形nife-p nas/fe foam可以实现高电流密度析；
17.3、所得nife-x(x＝o,p)nas/fe foam主要以廉价的fe为原料制成，并且合成的nife-p||nife-o电极对仅需要1.862v的电压即可在全解海水中达到500ma cm-2
的大电流密度，并可以在该电流密度下稳定工作100h；
18.4、本发明通过氯化物蚀刻生长与低温磷化的组合，从而制备高效和稳健的催化电极用于大电流密度下海水电解应用；同时,本发明制备方法简单、节能、省时，能够有效降低制备成本，助力推进电解海水技术的工业化进程。
附图说明
19.图1为本发明结构的泡沫镍自支撑的nife-o nas和nife-p nas催化剂的合成和表征示意图；
20.图2为本发明结构的在不同浸泡时间下制备的nife-o nas/fe foam的oer性能示意图；
21.图3为本发明结构的在不同刻蚀浓度下制备的nife-o nas/fe foam的oer性能示意图；
22.图4为本发明结构的在不同磷化时间下制备的nife-p nas/fe foam的her性能示
意图。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.实施例1：作为进一步的技术方案，如步骤一所述，称取10mmol nicl2·
6h2o溶于10ml水溶液中配制氯化镍溶液；将泡沫铁(2
×
3cm2)在室温下浸泡于氯化镍溶液中，静置时间为5,30,60min，得到在不同浸泡时间下制备的nife-o nas/fe foam，其oer性能如图2所示。
25.实施例2：作为进一步的技术方案，如步骤一所述，称取5，10，20mmol nicl2·
6h2o溶于10ml水溶液中配制氯化镍溶液，裁剪若干块泡沫铁(2
×
3cm2)分别在室温下浸泡于上述不同浓度的氯化镍溶液中，静置时间为五分钟，得到在不同刻蚀浓度下制备的nife-o nas/fe foam，其oer性能如图3所示；结合实施案例1，我们得到nife-o nas/fe foam的最佳制备条件是称取10mmol溶于10ml水溶液中配制氯化镍溶液，在室温下静置时间为5min。
26.实施例3：作为进一步的技术方案，如步骤二所述，称量0.9g nah2po2置于石英舟中并放入管式炉上游，nife-o nas/fe foam电极置于管式炉下游。最高反应温度为300℃，保温时间为0.25，0.5，1，2h，得到不同磷化时间制备的nife-p nas/fe foam，其her性能如图4所示，由图可知，最佳的磷化时间是0.5h。
27.通过氯化物腐蚀与磷化策结合的策略，在泡沫铁表面原位生长出无定形nife-x(x＝o/p)nas电催化剂；受益于无定形结构、快速电荷转移以及ni-fe-o和ni-fe-p的协同作用，所得nife-o nas/fe foam和nife-p nas/fe foam具有高固有活性，能够分别在大电流下实现析氧和析氢。此外，合成的nife-p||nife-o电极对仅需要1.862v的电压即可在全解海水中达到500ma cm-2
的大电流密度，并可以在该电流密度下稳定工作100h。该电极对在1000ma cm-2
的电流密度下，双电极电解槽在所有无贵金属电催化剂中也显示出具有竞争力的性能。这为高性能低成本的催化电极生产提供了一种解决方案，这可能有助于大规模生产绿氢气。
28.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
技术特征：
1.自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，包括以下原料及组分，其特征在于：nicl2·
6h2o、nah2po2和泡沫铁，其中一种催化电极为泡沫铁自支撑的无定形镍铁氧纳米阵列(nife-o nas/fe foam)，且用作全解海水的阳极，另一种催化电极为泡沫铁自支撑的无定形镍铁磷纳米阵列(nife-p nas/fe foam)，且用作全解海水的阴极。2.自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，其特征在于：包括配制氯化镍溶液、腐蚀泡沫铁得到nife-o nas/fe foam、和低温磷化nife-o nas/fe foam得到nife-p nas/fe foam；其特征在于：步骤一：配制氯化镍溶液；称取10mmol nicl2·
6h2o溶于10ml水溶液中配制氯化镍溶液；步骤二：浸泡泡沫铁；裁剪出面积为2
×
3cm2泡沫铁，将定裁剪的泡沫铁在室温下浸泡于上述溶液中一段时间，在此过程中，nife-o nas会原位生长于泡沫铁表面，浸泡腐蚀后的电极在用水反复洗涤并在60℃空气中干燥1h后，即可得到具有高比表面积的无定形nife-o nas/fe foam；步骤三：nife-p nas/fe foam的制备是在化学气相沉积系统中对nife-o nas/fe foam进行低温磷化得到的，其特征在于，nife-o nas/fe foam放置在管式炉下游端，使用石英舟负载0.9gnah2po2粉末放置在管式炉的上游端，其次，管式炉封闭管口后，将腔体中的氧气抽空，在30sccm氩气中以2℃ min-1
的加热速率将样品加热至300℃，保温0.25，0.5，1，2h，反应结束后将体系缓慢降至室温后既可以得到具有高比表面积的无定形nife-p nas/fe foam。3.根据权利要求2所述的自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，其特征在于：泡沫铁(fe foam)经过短短5min氯化镍溶液的蚀刻表面会有无定形的nife-o纳米线(nas)阵列生成，非晶的nife-o nas/fe foam电极可以实现高速析氧。4.根据权利要求2所述的自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，其特征在于：nife-o nas/fe foam衍生出高活性的无定形nife-p nas/fe foam可以实现高电流密度析氢，制备得到的nife-p纳米线阵列长度依然约为800nm，表面具有多孔结构，且为非晶态。5.根据权利要求2所述的自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，其特征在于：合成的nife-p nas/fe foam和nife-onas/fe foam均主要以廉价铁为原料制成。6.根据权利要求2所述的自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，其特征在于：合成的nife-p||nife-o电极对仅需要1.862v的电压即可在全解海水中达到500ma cm-2
的大电流密度，并可以在该电流密度下稳定工作100h。
技术总结
本发明公开了自支撑型无定形镍铁基海水电解催化电极的制备方法，包括步骤一：称取10mmol iCl2·
