一种钛基铂-镍电极材料及其制备方法和应用与流程

本发明涉及电极材料，尤其涉及一种钛基铂-镍电极材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、过氧化氢(h2o2)作为一种绿色燃料和氧化剂，近年来在能源和环境相关领域受到广泛关注。当前，h2o2的工业合成方法涉及一种能源密集型的蒽醌氧化还原工艺。尽管这一过程能够产生大量高浓度的h2o2，但同时需要复杂的大型设备，且会产生大量的废物。此外，在大多数情况下，h2o2的使用浓度较低，通常<9wt％。相对于蒽醌氧化还原工艺，具有显著2电子(2e-)途径的电化学氧化还原反应(orr)被认为是在线生成h2o2的“绿色”途径。该过程通过输入h2o、可再生电力和空气中的o2，在没有任何化学废物输出的情况下生产h2o2。然而，在反应过程中，o2可能通过四电子(4e-)orr途径(o2+4h++4e-→2h2o)被还原为h2o，又或者发生其它副反应，从而降低h2o2的生产效率。因此，设计一种理想的在线合成h2o2的催化剂具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中存在问题，提供一种钛基铂-镍电极材料及其制备方法和应用。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种钛基铂-镍电极材料的制备方法，包含下列步骤：

4、(1)将钛片在氟化铵溶液中顺次进行第一阳极氧化和第二阳极氧化，得到氧化后的钛片；

5、(2)将氧化后的钛片进行煅烧，得到含有二氧化钛层的钛片；

6、(3)将含有二氧化钛层的钛片在铂基电解液中进行电沉积，得到所述的钛基铂-镍电极材料。

7、作为优选，步骤(1)所述氟化铵溶液的溶剂包含乙二醇和水；

8、所述氟化铵、乙二醇和水的质量体积比为1～10g：100～1000ml：5～100ml。

9、作为优选，步骤(1)所述第一阳极氧化的电压为10～50v，时间为10～100min；所述第二阳极氧化的电压为10～50v，时间为10～120min。

10、作为优选，步骤(2)所述煅烧的温度为300～550℃，时间为20～240min。

11、作为优选，步骤(3)所述铂基电解液包含铂盐、季铵盐和氢键供体；所述铂盐为氯铂酸钾、氯亚铂酸钾、乙酰丙酮铂和氯铂酸中的一种或几种；所述季铵盐为氯化胆碱、四甲基氯化铵和氯化苄基三乙基铵中的一种或几种；所述氢键供体为乙二醇和/或丙三醇。

12、作为优选，所述铂盐和氢键供体的摩尔体积比为1～10mmol：80～240ml；所述氢键供体和季铵盐的摩尔比为1～10：1～5。

13、作为优选，步骤(3)所述电沉积的阳极为泡沫镍、镍布或镍网；

14、所述电沉积的温度为70～90℃，电流为0.005～0.1a，时间为10～120min；

15、电沉积的过程中，阳极溶解金属镍的浓度和时间的关系为：

16、c＝c0+2kpt1/2；

17、c是溶解金属镍离子的浓度，mol/l；c0是溶解金属镍离子的初始浓度，mol/l；t是反应时间，s；kp是反应速率常数，mol·l-1·s-1/2。

18、作为优选，步骤(3)电沉积的过程中，阳极溶解电流效率与溶解量的关系为：阴极沉积电流效率与沉积量的关系为：

19、ηa为阳极溶解电流效率，％；m1为一定时间t内溶解产生镍的量，g；i为电解槽的电流，a；q1为镍的电化学当量，1.042g/(a·h)；t为电解时间，h；ηc为阴极沉积电流效率，％；m2为一定时间t内沉积的镍的量，g；m3为一定时间t内沉积的铂的量，g；q2为铂的电化学当量，0.867g/(a·h)。

20、本发明还提供了所述制备方法制备得到的钛基铂-镍电极材料。

21、本发明还提供了所述钛基铂-镍电极材料在生成过氧化氢中的应用。

22、本发明的有益效果是：

23、(1)本发明以钛片作为基底材料在氟化铵溶液中顺次进行第一阳极氧化和第二阳极氧化，可为后续电沉积过程暴露出更多的沉积位点，增加参与反应的电化学比表面积，从而有助于提升2e-orr的选择性。

24、(2)本发明通过简单且可扩展的恒电流电沉积工艺制备钛基铂-镍电极材料，特别的，镍是通过牺牲镍阳极逐渐引入的，与常用的惰性阳极相比，通过引入镍阳极可以提供镍源，调节电沉积的过程，进而显著降低体系所需电压(能耗)；而且阳极本身参与溶解，使得电沉积体系中溶剂的分解和惰性阳极在高电位下的污染有望显著减少。

25、(3)本发明采用特定的铂基电解液，相比于水溶液电沉积金属而言，减少了溶液中氢原子的浓度，有效避免了析氢反应和氢脆现象的发生，避免了镀层美观及力学性能方面的下降。

26、(4)本发明所制备的钛基铂-镍电极材料不仅有效地降低了pt基贵金属的使用量，而且在中性条件下能够保持高活性和稳定性在线生成过氧化氢，具有很好的产业化应用前景。

27、(5)本发明制备的钛基铂-镍电极材料的阴极电流密度效率达到76.40％，阳极电流密度效率达到70.23％，双电容值为1.33mf·cm-2，是不经过阳极氧化得到的钛基铂-镍电极材料双电容值的4.2倍。

技术特征：

1.一种钛基铂-镍电极材料的制备方法，其特征在于，包含下列步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氟化铵溶液的溶剂包含乙二醇和水；

3.如权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述第一阳极氧化的电压为10～50v，时间为10～100min；所述第二阳极氧化的电压为10～50v，时间为10～120min。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述煅烧的温度为300～550℃，时间为20～240min。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述铂基电解液包含铂盐、季铵盐和氢键供体；所述铂盐为氯铂酸钾、氯亚铂酸钾、乙酰丙酮铂和氯铂酸中的一种或几种；所述季铵盐为氯化胆碱、四甲基氯化铵和氯化苄基三乙基铵中的一种或几种；所述氢键供体为乙二醇和/或丙三醇。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述铂盐和氢键供体的摩尔体积比为1～10mmol：80～240ml；所述氢键供体和季铵盐的摩尔比为1～10：1～5。

7.如权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述电沉积的阳极为泡沫镍、镍布或镍网；

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)电沉积的过程中，阳极溶解电流效率与溶解量的关系为：阴极沉积电流效率与沉积量的关系为：

9.权利要求1～8任意一项所述制备方法制备得到的钛基铂-镍电极材料。

10.权利要求9所述钛基铂-镍电极材料在生成过氧化氢中的应用。

技术总结
本发明属于电极材料技术领域，提供了一种钛基铂‑镍电极材料及其制备方法和应用。该方法包含下列步骤：将钛片在氟化铵溶液中顺次进行第一阳极氧化和第二阳极氧化，得到氧化后的钛片；将氧化后的钛片进行煅烧，得到含有二氧化钛层的钛片；将含有二氧化钛层的钛片在铂基电解液中进行电沉积，得到钛基铂‑镍电极材料。本发明制备的钛基铂‑镍电极材料有效地降低了Pt基贵金属的使用量，在中性条件下能够保持高活性和稳定性在线生成过氧化氢；其阴极电流密度效率达到76.40％，阳极电流密度效率达到70.23％，双电容值为1.33mF·cm<supgt;‑2</supgt;，是不经过阳极氧化得到的钛基铂‑镍电极材料双电容值的4.2倍，具有很好的产业化应用前景。

技术研发人员：叶小琴,王朔,裴洛伟,王力萍,叶章颖
受保护的技术使用者：浙江奕湃科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14