[发明专利]一种泡沫镍负载镍铁磷基复合催化电极及其制备方法与应用

说明书

本申请涉及催化电极和新能源材料领域，尤其涉及一种泡沫镍负载镍铁磷基复合催化电极及其制备方法与应用。所述复合催化电极的结构包括含镍铁磷的纳米微结构附生于泡沫镍；泡沫镍基底表面原位生长合成了纳米结构，无需粘结剂，同时提高了电极表面亲水性及疏气性，使传质过程得以增强；含镍铁磷的纳米微结构具有较大比表面积和较大的孔隙，使之具有优异的析氢析氧双功能催化活性，制备方法简便，成本低廉，且复合催化电极的催化性能稳定时间长。

技术领域

本申请涉及催化电极制备和新能源材料领域，尤其涉及一种泡沫镍负载镍铁磷基复合 催化电极及其制备方法与应用。

背景技术

传统化石能源的碳排放会造成环境污染。氢燃料作为一种热值高、零排放、可再生的 清洁能源，被视为化石能源的理想替代品。目前，氢燃料主要来自于天然气，但天然气的成本高，能耗大。采用电催化分解水的方式，可以将太阳能、风能、潮汐能等自然能源转 化的不稳定且不易存储的电能，进一步转化为氢燃料储存，使氢燃料的来源更广泛。由于 过电势的存在，电催化分解水通常需要比其热力学理论值大得多的电能消耗，采用催化剂 可以大大减小过电势值，从而提高电解水效能。

目前，工业电解水主要使用贵金属基催化剂，而贵金属地球储量少，且成本较高。双 过渡金属磷基化合物，由于过渡金属独特的d电子轨道，双金属的活性中心协同作用，以及金属-磷键对材料电子结构的优化，已被证明具有良好的析氢催化活性，被认为是最有希望替代贵金属基催化剂作为工业应用的选择之一。

而双过渡金属磷基化合物作为催化剂，用于工业电解水至少存在以下问题：

双过渡金属磷基化合物主要通过磷化氢气体气相沉积实现磷化，在制备过程对设备要 求较高，耗能较大，且磷化氢气体有剧毒；阴阳极采用非同种催化剂，进一步增加了生产 成本和电解池的制造复杂度；在工业生产大电流密度条件下，催化电极的水亲和能力及其 气体逸出速率都会影响传质过程，进而影响反应的总体效率和长时间的稳定性。

发明内容

本申请提供了一种泡沫镍负载镍铁磷基复合催化电极及其制备方法与应用，以解决现 有催化电极制备成本高且性能衰减快的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种泡沫镍负载镍铁磷基复合催化电极，所述复合催化电极 的结构包括含镍铁磷的纳米微结构附生于泡沫镍基底。

可选的，所述复合催化电极的水接触角为0°。

可选的，所述复合催化电极的气泡接触角≥150°。

可选的，所述含镍铁磷的纳米微结构包括非晶镍铁磷基纳米片阵列，其中，纳米片平 均厚度为5～10nm，所述纳米片平均长度为300～500nm。

第二方面，本申请提供了第一方面所述的泡沫镍负载镍铁磷基复合催化电极的制备方 法，所述方法包括以下步骤：

获取含镍离子、铁离子和络合剂的第一溶液；

将次亚磷酸根盐和氯化钠加入所述第一溶液中，搅拌得到第二溶液；

将泡沫镍作为工作电极，同时使用对电极、参比电极和第二溶液，进行电化学沉积， 得到以泡沫镍为基底负载含镍铁磷的纳米微结构的复合催化电极。

可选的，以摩尔浓度计，所述镍离子与所述铁离子在所述第一溶液中的摩尔浓度比为 2∶1～16∶1。

可选的，所述络合剂包括柠檬酸盐、草酸盐和乙酸盐中任意一种以上。

可选的，以摩尔浓度计，所述镍离子在所述第一溶液中的浓度为0.1～0.5mol/L；所述 络合剂在所述第一溶液中的浓度为0.1～0.5mol/L。

可选的，所述电化学沉积采用恒电流法，其中，电流密度为-50～-250mA/cm^-2。