一种铁基纳米阵列电催化电极、其制备方法和碱性燃料电池与流程

文档序号:12615120阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种铁基纳米阵列电催化电极,包括铁基底和铁基底表面的纳米阵列结构,其特征在于,所述纳米阵列结构的成分为氧化铁和四氧化三铁的复合物。

2.一种铁基纳米阵列电催化电极的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:

(1)将纯度为不小于99.99%的金属铁和/或不锈钢作为阳极进行电化学阳极氧化处理,使用的电解液为含有氟化铵和高氯酸的乙二醇溶液,得到电极基底;

(2)将电极基底作为阳极,进行电化学阳极氧化处理,处理过程中对电解液进行超声处理,得到表面具有纳米阵列结构的电极基底;

(3)将表面具有纳米阵列结构的电极基底进行退火处理,得到铁基纳米阵列电催化电极。

3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的电解液中氟化铵的浓度为0.2-0.4wt%,高氯酸的浓度为4.0-6.0vol%。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述电化学阳极氧化处理使用的电压为30-60V;

优选地,步骤(1)所述电化学阳极氧化处理在10-60℃进行。

优选地,步骤(1)所述电化学阳极氧化处理的时间为10-20min;

优选地,步骤(1)所述电化学阳极氧化的阴极为铜片和/或铂片电极;

优选地,步骤(1)所述金属铁和/或不锈钢在进行电化学阳极氧化处理之前先进行打磨抛光和超声处理,所述超声处理分别在乙醇和蒸馏水中进行;

优选地,所述超声处理的功率为100-300W。

5.根据权利要求2-4之一所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述电化学阳极氧化处理使用的电解液包含氟化铵、去离子水和乙二醇;

优选地,所述氟化铵的浓度为0.2-0.4wt%;所述去离子水的含量为2.0-4.0vol%。

6.根据权利要求2-5之一所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述电化学阳极氧化处理的时间为10-20min;

优选地,步骤(2)所述电化学阳极氧化处理使用的电压为55-65V;

优选地,步骤(2)所述电化学阳极氧化的阴极为铜片。

7.根据权利要求2-6之一所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述超声处理的功率为100-300W;

优选地,步骤(2)所述超声处理过程中还对电解液进行搅拌,搅拌的转速为800-1200rpm。

8.根据权利要求2-7之一所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述退火处理的升温速率和降温速率独立地为5-10℃/min,退火温度为250-350℃;

优选地,步骤(3)所述退火处理的时间为3-4h;

优选地,步骤(3)所述表面具有纳米阵列结构的电极基底在惰性气氛下进行退火处理;

优选地,步骤(3)所述表面具有纳米阵列结构的电极基底在马弗炉中进行退火处理。

9.根据权利要求2-8之一所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括如下步骤:

(1)将纯度为99.99%的金属铁和/或不锈钢打磨抛光后作为阳极,将铜片和/或铂片作为阴极,在10-60℃条件下进行电化学阳极氧化处理,使用的电解液为含有氟化铵和高氯酸的乙二醇溶液,并且氟化铵的浓度为0.2-0.4wt%,高氯酸的浓度为4.0-6.0vol%,电化学阳极氧化处理的时间为10-20min,电化学阳极氧化使用的电压为30-60V,得到电极基底;

(2)将电极基底作为阳极,将铜片作为阴极,进行电化学阳极氧化处理,处理过程中对电解液进行超声和搅拌,得到表面具有纳米阵列结构的电极基底;其中,电化学阳极氧化过程中使用的电解液为含有氟化铵、去离子水的乙二醇电解液,并且氟化铵的浓度为0.2-0.4wt%,去离子水含量为2.0-4.0vol%,阳极氧化时间为10-20min,氧化电压为55-65V;超声的功率为100-300W,搅拌的转速为800-1200rpm;

(3)将表面具有纳米阵列结构的电极基底置于马弗炉中,在惰性气氛保护下进行退火处理,退火的温度为250-350℃,退火过程中的升温速率和降温速率独立地为5-10℃/min,退火处理的时间为3-4h,得到铁基纳米阵列电催化电极。

10.一种碱性燃料电池,其特征在于,所述碱性燃料电池包括权利要求1所述的铁基纳米阵列电催化电极。

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