本發(fā)明涉及電極材料，尤其是涉及一種高效穩(wěn)定的電極材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、電解水能夠?qū)⑺纸鉃闅錃夂脱鯕猓瑫r(shí)沒有其他污染產(chǎn)生，在可再生能源領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。氫能作為一種清潔能源，對(duì)于實(shí)現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和緩解環(huán)境問題具有決定意義。然而，電解水的效率在很大程度上取決于電極材料的催化活性，特別是在氧化還原反應(yīng)中催化劑的性能。

2、傳統(tǒng)的電解水技術(shù)普遍使用貴金屬如鉑(pt)和銥(ir)作為催化劑，雖然它們顯示出高效的催化性能，但高昂的成本和稀缺的資源限制了它們的廣泛應(yīng)用。因此，開發(fā)一種成本低廉且高效的非貴金屬催化劑成為了研究的熱點(diǎn)。鎳基催化劑由于其良好的催化性能、豐富的資源和低廉的成本而被認(rèn)為是非常有前景的選擇。

3、近年來，層狀氫氧化鎳(ni(oh)2)由于其優(yōu)異的電化學(xué)性能和穩(wěn)定性，被廣泛研究作為電極材料。但是，單純的ni(oh)2在長期電解過程中仍面臨著活性下降和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的挑戰(zhàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種高效穩(wěn)定的電極材料及其制備方法，通過離子嵌入和燒結(jié)步驟實(shí)現(xiàn)電極催化性能和穩(wěn)定性的優(yōu)化。該方法適用于制備用于高效電解水反應(yīng)的電極，其中多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)氣體快速排放并增加活性表面積，而表面嵌入的離子則用于形成高催化活性的外殼。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

3、本發(fā)明第一方面提供一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，包括以下步驟：

4、s1：對(duì)鎳網(wǎng)基底進(jìn)行預(yù)處理以去除表面雜質(zhì)；

5、s2：配制包含鎳源和造孔劑的電鍍液，并將其ph值調(diào)整至適合沉積層狀氫氧化鎳的范圍；

6、s3：以預(yù)處理后的基底作為陰極，通過電沉積在基底表面生成層狀氫氧化鎳層；

7、s4：采用離子嵌入方法使離子進(jìn)入所述層狀氫氧化鎳層，所述離子嵌入方法包括浸泡嵌入法或電化學(xué)嵌入法；

8、s5：將經(jīng)過離子嵌入處理的材料在氮?dú)夥諊羞M(jìn)行燒結(jié)，冷卻后進(jìn)行后處理以獲得高效穩(wěn)定的電極材料。

9、進(jìn)一步地，s1中，所述預(yù)處理步驟包括在稀鹽酸、去離子水和無水乙醇中依次超聲清洗，然后自然干燥。

10、進(jìn)一步地，s2中，所述鎳源為硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳中的一種，所述造孔劑為氯化銨，所述電鍍液中硫酸鎳的濃度為0.1m～1m，電鍍液中氯化銨的濃度為0.5m～4m，所述電鍍液的ph值調(diào)整至10～12。

11、進(jìn)一步地，s3中，電沉積過程中，電流密度為0.1a/cm2～2a/cm2，電沉積時(shí)間為5～30分鐘，溫度為20℃～60℃。

12、進(jìn)一步地，s4中，所述浸泡嵌入法包括以下步驟：

13、選擇離子源并配制濃度為0.01m至0.1m的浸泡溶液，調(diào)節(jié)溶液ph值；

14、將電沉積后的電極完全浸沒在所述浸泡溶液中，在攪拌條件下控制浸泡時(shí)間為0.1～100小時(shí)，溫度為室溫至80℃；

15、浸泡完成后取出電極，用去離子水清洗并自然干燥。

16、進(jìn)一步地，s4中，所述電化學(xué)嵌入法包括：

17、選擇離子源并配制濃度為0.01m至0.1m的電解液，調(diào)節(jié)溶液ph值；

18、將電沉積后的電極完全浸沒在所述電解液中，施加循環(huán)電流進(jìn)行電化學(xué)循環(huán)，循環(huán)時(shí)間為10min～90min，循環(huán)次數(shù)為10～100次，溫度為室溫至80℃；

19、循環(huán)完成后取出電極，用去離子水清洗并自然干燥。

20、進(jìn)一步地，s4中，通過調(diào)節(jié)溶液ph，避免離子的沉淀或分解。

21、進(jìn)一步地，s5中，燒結(jié)溫度為500℃～1000℃，燒結(jié)時(shí)間為3～12小時(shí)，燒結(jié)時(shí)升溫速率和降溫速率均為5℃/min。

22、進(jìn)一步地，s4中，離子嵌入處理過程中，離子包括鑭離子、鈷離子、鐵離子中的一種或多種。

23、本發(fā)明第二方面提供一種如上述制備方法得到的高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法。

24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

25、相對(duì)于傳統(tǒng)電極制備方法，本方法的創(chuàng)新之處在于通過電沉積和后續(xù)處理步驟，在鎳基底表面形成多孔氫氧化鎳電極，并引入催化活性離子的嵌入過程。這一創(chuàng)新策略使得層狀氫氧化鎳的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，從而在電極表面形成了具有異質(zhì)結(jié)構(gòu)的材料。通過離子嵌入，調(diào)控了氫氧化鎳的晶體結(jié)構(gòu)和表面化學(xué)性質(zhì)，使其具有更高的催化活性和穩(wěn)定性。而在后續(xù)的高溫?zé)Y(jié)過程中，多孔電極表面形成了穩(wěn)定的高活性的異質(zhì)結(jié)構(gòu)。這種燒結(jié)過程不僅進(jìn)一步增強(qiáng)了電極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少了活性物質(zhì)的溶解和析出，還有助于提高電極的催化活性。使得本方法在電催化材料制備領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景和價(jià)值。

技術(shù)特征：

1.一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，s1中，所述預(yù)處理步驟包括在稀鹽酸、去離子水和無水乙醇中依次超聲清洗，然后自然干燥。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，s2中，所述鎳源為硫酸鎳、硝酸鎳、氯化鎳中的一種，所述造孔劑為氯化銨，所述電鍍液中硫酸鎳的濃度為0.1m～1m，電鍍液中氯化銨的濃度為0.5m～4m，所述電鍍液的ph值調(diào)整至10～12。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，s3中，電沉積過程中，電流密度為0.1a/cm2～2a/cm2，電沉積時(shí)間為5～30分鐘，溫度為20℃～60℃。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，s4中，所述浸泡嵌入法包括以下步驟：

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，s4中，所述電化學(xué)嵌入法包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，s4中，通過調(diào)節(jié)溶液ph，避免離子的沉淀或分解。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，s5中，燒結(jié)溫度為500℃～1000℃，燒結(jié)時(shí)間為3～12小時(shí)，燒結(jié)時(shí)升溫速率和降溫速率均為5℃/min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法，其特征在于，s4中，離子嵌入處理過程中，離子包括鑭離子、鈷離子、鐵離子中的一種或多種。

10.一種如權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述制備方法得到的高效穩(wěn)定的電極材料的制備方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種高效穩(wěn)定的電極材料及其制備方法，制備方法中，先對(duì)鎳網(wǎng)基底預(yù)處理，再配制含鎳源和造孔劑的電鍍液，經(jīng)電沉積在基底生成層狀氫氧化鎳層，隨后采用浸泡嵌入法或電化學(xué)嵌入法使離子進(jìn)入氫氧化鎳層，最后在氮?dú)夥諊袩Y(jié)，控制燒結(jié)溫度、時(shí)間及升降溫速率，冷卻后處理得電極材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明通過離子嵌入和燒結(jié)步驟實(shí)現(xiàn)電極催化性能和穩(wěn)定性的優(yōu)化。該方法適用于制備用于高效電解水反應(yīng)的電極，其中多孔結(jié)構(gòu)促進(jìn)氣體快速排放并增加活性表面積，而表面嵌入的離子則用于形成高催化活性的外殼。

技術(shù)研發(fā)人員：張存滿,楊路宇,金黎明,耿振
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/7