CN114774968B - 一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极及其制备方法，选取一片预设尺寸的泡沫镍，进行预处理；对预处理后的泡沫镍进行镀层处理，以在表面形成Ni基镀层；对带有Ni基镀层的泡沫镍进行二次镀层处理，以将表面的Ni基镀层转化为NiFe基镀层，NiFe多层级多孔非晶纳米阵列的多层级结合多孔的复合结构提供了充分暴露的丰富活性位点和增强的电荷传输，以及多孔传质通道可用于高效率的离子和气泡传输，泡沫镍负载的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列展现出在碱性电解液，近中性电解液和碱性海水中卓越的析氧电催化活性和超高的稳定性。

Description

一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极及其制备方法

技术领域

本发明涉及电解水制氧技术领域，具体而言，涉及一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极及其制备方法。

背景技术

自古以来，能源是人类赖以生存和发展的重要物质基础和动力源泉。随着全球人口数量的持续增长，人类社会的能源需求日益增加，目前已经衍生出对化石燃料的强烈依赖。化石能源作为有限的不可再生能源，在可预见的未来将会面临枯竭的境地，这无疑对人类生存和经济社会的可持续发展提出了严峻考验。经过研究发现，氢能、生物质能、潮汐能、太阳能、风能作为化石能源的可替代选项，人类对绿色环保高效的可再生能源的需求大幅增长。氢能因具有燃烧热值高、能量密度大、来源丰富、清洁高效等诸多优点，长期以来被视作理想的二次能源。相比于化石燃料裂解制氢，生物质制氢等传统的制氢手段，电催化分解水制氢，是有望实现氢能源循环利用的关键技术手段。但是，目前通过电解水制取的氢气产量仅占年总产量的3％，其主要原因是由于电解水反应需要克服水分解的较高能垒，消耗大量的电能，造成能源的浪费。

其次，常见的电催化分解水反应都是在纯水配置的电解液环境中进行的，纯水资源在地球上属于稀有资源，工业废水和海水的有效利用，将是解决这一问题的关键。为了解决这些关键问题，电解池中阳极与阴极催化材料的巧妙设计是降低水分解反应能垒的最有力的手段。水分解反应可以分为析氢反应(HER)和析氧反应(OER)两个半反应，目前析氢反应的电极材料研究已经趋于成熟，在多种条件下催化效率都达到较高水平，但是可以适应于多种电解液环境的析氧反应电催化剂目前还没有得到实质性的突破，所以水分解的效率往往制约于析氧反应之上。因此，具有适应于多种电解液环境的、高析氧反应催化活性的阳极电极材料的开发成为了电解水制氢的关键点之一。

但是目前关于高性能电催化析氧电极材料的制备方法多较为繁琐且复杂，很难实现大规模的生产。开发出一种，简单且高效的大规模电极材料制备手段，也将是有效降低生产难度，节约成本的有效手段。目前，具有较高催化活性的析氧电催化剂通常是由贵金属材料构成的(Ru/Ir)。贵金属材料由于价格昂贵，以及较少的储量限制了其大规模的使用。因此，开发出一种催化活性高、稳定性强、价格亲民的非贵金属催化剂势在必行。其中，过渡金属(Fe，Ni等)在地球上储量及其丰富，由他们制备的高催化活性的析氧电催化剂，具有大规模生产的可能性。

发明内容

本发明旨在提供一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极及其制备方法，以解决或改善上述技术问题中的至少之一。

有鉴于此，本发明的第一方面在于提供一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法。

本发明的第二方面在于提供一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极。

本发明的第三方面在于提供一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的应用。

本发明的第一方面提供了一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，包括：S1，选取泡沫镍作为基体，并对其进行预处理；S2，采用连续的化学沉积法，在泡沫镍基体表面形成非晶Ni基镀层；S3，采用连续的化学沉积法，在非晶Ni基镀层表面形成非晶NiFe基镀层；S4，干燥处理后，即得泡沫镍负载NiFe多层级多孔非晶纳米阵列电催化电极。

本发明提供的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，采用两次的镀层得到NiFe基镀层，两次操作之间重复度高方便反复实施，使得制备方法整体简单，工艺简单易行，可实现工业化大规模生产制备。

通过多次镀层的方法在泡沫镍表面层层组装成独特的多层片状结构，而泡沫镍本身为三维网状材料，使得将多层结构与泡沫镍自身的三维多孔结构复合，制备得到的催化剂表面独特的多层片状结构以及三维多孔结构保证了催化过程中与电解液的超强浸润性。

气泡模板的泡沫镍辅助的化学沉积方法保证了析氧电极的良好结构稳定性，可以承受催化反应过程中气泡的大量生成，有效提高析氧电催化剂的结构稳定性。

NiFe多层级多孔非晶纳米阵列的多层级结合多孔的复合结构提供了充分暴露的丰富活性位点和增强的电荷传输，以及多孔传质通道可用于高效率的离子和气泡传输，泡沫镍负载的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列展现出在碱性电解液，近中性电解液和碱性海水中卓越的析氧电催化活性和超高的稳定性。

另外，根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：

上述任一技术方案中，所述S1的预处理的步骤，具体包括：先将基体依次置于浓度为5mol/L-7mol/L盐酸、丙酮和去离子水中，并分别超声处理30min-45min；然后将基体在温度为50℃-100℃的真空环境中干燥6h-8h。

在该技术方案中，在进行泡沫镍的表面加工前，需要将泡沫镍进行预先处理的工艺，以保证泡沫镍在加工中符合预期生产加工状态，超声波有着能量，可以在超声波的作用下进行洗涤和加工等操作。在各种溶液的配合下能够将泡沫镍表面及中空孔洞内壁附着的氧化镍层和有机污染物进行清理，避免在后续的实验加工中对表面镀膜造成影响，有助于泡沫镍的表面镀膜更加均匀和完整，盐酸属无色液体,具有腐蚀作用,属于氯化氢的水溶液，能够对泡沫镍表面的顽固污渍进行腐蚀，以便进行脱落，用丙酮清洗可以溶解物质，并使物质保持在溶液中的状态，降低残渣遗留，去离子水是一种清除了矿物离子(盐)的纯净水形式，去除镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物。

上述任一技术方案中，所述S2具体包括：S2-1，将所述基体浸入预设浓度范围的氯化镍和次亚磷酸钠的混合水溶液中，并在0.5min-1.5min后取出；S2-2，将Ph≥9的碱性硼氢化钠水溶液用喷枪喷射出，并均匀喷涂到润湿的所述基体表面，形成非晶Ni基镀层；S2-3，用去离子水冲洗具有所述非晶Ni基镀层的所述基体，去除所述非晶Ni基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物；S2-4，返回步骤S2-1，直至泡沫镍基体完全被黑色的非晶Ni基镀层覆盖。

在该技术方案中，将预处理后的泡沫镍浸入预设浓度范围的氯化镍和次亚磷酸钠的混合水溶液中，使得泡沫镍表面能够带有上述的混合溶液，在0.5min-1.5min后取出，使得泡沫镍表面和中空孔洞内壁都能够均匀附着混合溶液；

根据具体的Ph值需求，通过在碱性硼氢化钠水溶液滴加氢氧化钠，用以改变碱性硼氢化钠水溶液的Ph值(但需要Ph≥9)，再将碱性硼氢化钠水溶液滴加氢氧化钠通过现有技术中的喷枪进行喷洒射出，以便对泡沫镍表面喷涂碱性硼氢化钠水溶液，用以反应形成Ni基镀层；

再使用离子水对反应后的泡沫镍进行冲洗，洗去Ni基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物，使得Ni基镀层表面洁净，降低杂质附着。

上述任一技术方案中，所述S3具体包括：S3-1，将具有Ni基镀层的基体浸入预设浓度范围的氯化镍、硫酸亚铁和次亚磷酸钠的混合水溶液中，并在0.5min-1.5min后取出；S3-2，将Ph≥9的碱性硼氢化钠水溶液用喷枪喷射出，并均匀喷涂到润湿的所述非晶Ni基镀层表面，形成非晶NiFe基镀层；S3-3，用去离子水冲洗沉积过的所述基体，去除所述非晶NiFe基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物；S3-4，返回步骤S3-1，直至所述基体的非晶Ni基涂层表面形成均匀分布的非晶NiFe基镀层。

在该技术方案中，将表面带有Ni基镀层的泡沫镍浸入预设浓度范围的氯化镍、硫酸亚铁和次亚磷酸钠的混合水溶液中，使得Ni基镀层表面能够带有上述的混合溶液，在0.5min-1.5min后取出，使得在泡沫镍不同位置的Ni基镀层都能够均匀附着混合溶液；

根据具体的Ph值需求，通过在碱性硼氢化钠水溶液滴加氢氧化钠，用以改变碱性硼氢化钠水溶液的Ph值(但需要Ph≥9)，再将碱性硼氢化钠水溶液滴加氢氧化钠通过现有技术中的喷枪进行喷洒射出，以便对Ni基镀层表面喷涂碱性硼氢化钠水溶液，用以反应形成NiFe基镀层；

再使用离子水对反应后的泡沫镍进行冲洗，洗去NiFe基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物，使得NiFe基镀层表面洁净，降低杂质附着。

上述任一技术方案中，所述S4中的干燥处理具体包括：将负载有所述非晶NiFe基镀层的所述基体放在温度为40℃-60℃的真空烘箱中，烘干3h-6h，得到最终成品。

在该技术方案中，由于带有NiFe基镀层的表面还带有去离子水，若不及时去除，空气中的灰尘容易附着并粘接在NiFe基镀层表面，对实际的应用造成影响，通过在40℃-60℃的真空烘箱中可将去离子水缓慢蒸发，并持续烘干3h-6h可是泡沫镍的NiFe基镀层表面完全干燥。

上述任一技术方案中，所述碱性硼氢化钠的浓度为2.5mol/L-3.5mol/L。

在该技术方案中，通过将碱性硼氢化钠的浓度设定在2.5mol/L-3.5mol/L之间，使得碱性硼氢化钠的浓度能够完全保证本方法加工工序的需要，同时也能够避免过高浓度的应用，造成材料浪费。

上述任一技术方案中，所述S2-1中的预设浓度范围为：所述氯化镍的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L、所述次亚磷酸钠的浓度为1.2mol/L-1.8mol/L；所述步骤S3-1中的预设浓度范围为：所述氯化镍的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L、所述硫酸亚铁的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L以及所述次亚磷酸钠的浓度为1.2mol/L-1.8mol/L。

在该技术方案中，为了保证本实验的正常产品产出，通过将氯化镍的浓度范围设定在0.1mol/L-0.6mol/L之间、将硫酸亚铁的浓度范围设定在0.1mol/L-0.6mol/L之间以及将次亚磷酸钠的浓度范围设定在1.2mol/L-1.8mol/L之间，一方面保证了实验产品的预期产出，另一方面能够降低原材料的过高设置所造成的的浪费，也避免了原材料的随意设置，保证了实验加工的顺利进行。

本发明的第二方面提供了一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极，采用如本发明第一方面任一所述的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法制得。

本发明提供的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极，由于其可以由如上述任一技术方案的方法步骤实现，因而本发明第二方面提供的一种电催化剂具备该一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的全部技术效果，在此不再赘述。

本发明的第三方面提供了一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的应用，所述电催化剂用于碱性、近中性电解液和碱性海水中的电催化析氧反应。

本发明提供的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的应用，以带有中空气泡的泡沫镍作为辅助模板，通过连续化学沉积法在泡沫镍表面制备出NiFe多层级多孔非晶纳米阵列，其在碱性电解液，近中性电解液和碱性海水都具有优异电催化析氧性能。

根据本发明的实施例的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过根据本发明的实施例的实践了解到。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的扫描电镜(SEM)图；

图2为本发明的X射线衍射(XRD)图谱；

图3为本发明的电催化剂在1M KOH中的析氧极化曲线图；

图4为本发明的电催化剂在1M KBi中的析氧极化曲线图；

图5为本发明的电催化剂在碱性海水中的析氧极化曲线图。

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本发明第一方面的实施例提供了一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，包括：S1，选取泡沫镍作为基体，并对其进行预处理；S2，采用连续的化学沉积法，在泡沫镍基体表面形成非晶Ni基镀层；S3，采用连续的化学沉积法，在非晶Ni基镀层表面形成非晶NiFe基镀层；S4，干燥处理后，即得泡沫镍负载NiFe多层级多孔非晶纳米阵列电催化电极。

本发明提供的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，采用两次的镀层得到NiFe基镀层，两次操作之间重复度高方便反复实施，使得制备方法整体简单，工艺简单易行，可实现工业化大规模生产制备。

通过多次镀层的方法在泡沫镍表面层层组装成独特的多层片状结构，而泡沫镍本身为三维网状材料，使得将多层结构与泡沫镍自身的三维多孔结构复合，制备得到的催化剂表面独特的多层片状结构以及三维多孔结构保证了催化过程中与电解液的超强浸润性。

进一步地，通过在作为基体的泡沫镍表面先行生成非晶Ni基镀层，然后在非晶Ni基镀层表面再次形成非晶NiFe基镀层，一方面可以有效的增强作为基体的泡沫镍和上面负载物连接的紧密程度，使其导电性更好。另一方面由于中间非晶Ni基镀层存在，使其连接的也更牢固，催化稳定性和机械稳定性更好。

气泡模板的泡沫镍辅助的化学沉积方法保证了析氧电极的良好结构稳定性，可以承受催化反应过程中气泡的大量生成，有效提高析氧电催化剂的结构稳定性。

NiFe多层级多孔非晶纳米阵列的多层级结合多孔的复合结构提供了充分暴露的丰富活性位点和增强的电荷传输，以及多孔传质通道可用于高效率的离子和气泡传输，泡沫镍负载的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列展现出在碱性电解液，近中性电解液和碱性海水中卓越的析氧电催化活性和超高的稳定性。

进一步地，多层级结构能够增强在催化过程中，物质(气体产物的脱附)和电荷的传输；独特的气泡模板法合成的材料结构，可以保证在大电流密度催化过程中，在剧烈的产生气体产物时，保证其催化稳定性。

具体地，泡沫镍在加工前裁切的尺寸为15cm×30cm的片体结构。

上述任一实施例中，S1的预处理的步骤，具体包括：先将基体依次置于浓度为5mol/L-7mol/L盐酸、丙酮和去离子水中，并分别超声处理30min-45min；然后将基体在温度为50℃-100℃的真空环境中干燥6h-8h。

在该实施例中，在进行泡沫镍的表面加工前，需要将泡沫镍进行预先处理的工艺，以保证泡沫镍在加工中符合预期生产加工状态，超声波有着能量，可以在超声波的作用下进行洗涤和加工等操作。在各种溶液的配合下能够将泡沫镍表面及中空孔洞内壁附着的氧化镍层和有机污染物进行清理，避免在后续的实验加工中对表面镀膜造成影响，有助于泡沫镍的表面镀膜更加均匀和完整，盐酸属无色液体,具有腐蚀作用,属于氯化氢的水溶液，能够对泡沫镍表面的顽固污渍进行腐蚀，以便进行脱落，用丙酮清洗可以溶解物质，并使物质保持在溶液中的状态，降低残渣遗留，去离子水是一种清除了矿物离子(盐)的纯净水形式，去除镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物。

上述任一实施例中，S2具体包括：S2-1，将基体浸入预设浓度范围的氯化镍和次亚磷酸钠的混合水溶液中，并在0.5min-1.5min后取出；S2-2，将Ph≥9的碱性硼氢化钠水溶液用喷枪喷射出，并均匀喷涂到润湿的基体表面，形成非晶Ni基镀层；S2-3，用去离子水冲洗具有非晶Ni基镀层的基体，去除非晶Ni基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物；S2-4，返回步骤S2-1，直至泡沫镍基体完全被黑色的非晶Ni基镀层覆盖。

在该实施例中，将预处理后的泡沫镍浸入预设浓度范围的氯化镍和次亚磷酸钠的混合水溶液中，使得泡沫镍表面能够带有上述的混合溶液，在0.5min-1.5min后取出，使得泡沫镍表面和中空孔洞内壁都能够均匀附着混合溶液；

根据具体的Ph值需求，通过在碱性硼氢化钠水溶液滴加氢氧化钠，用以改变碱性硼氢化钠水溶液的Ph值(但需要Ph≥9)，再将碱性硼氢化钠水溶液滴加氢氧化钠通过现有技术中的喷枪进行喷洒射出，以便对泡沫镍表面喷涂碱性硼氢化钠水溶液，用以反应形成Ni基镀层；

再使用离子水对反应后的泡沫镍进行冲洗，洗去Ni基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物，使得Ni基镀层表面洁净，降低杂质附着。

上述任一实施例中，S3具体包括：S3-1，将具有Ni基镀层的基体浸入预设浓度范围的氯化镍、硫酸亚铁和次亚磷酸钠的混合水溶液中，并在0.5min-1.5min后取出；S3-2，将Ph≥9的碱性硼氢化钠水溶液用喷枪喷射出，并均匀喷涂到润湿的非晶Ni基镀层表面，形成非晶NiFe基镀层；S3-3，用去离子水冲洗沉积过的基体，去除非晶NiFe基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物；S3-4，返回步骤S3-1，直至基体的非晶Ni基涂层表面形成均匀分布的非晶NiFe基镀层。

在该实施例中，将表面带有Ni基镀层的泡沫镍浸入预设浓度范围的氯化镍、硫酸亚铁和次亚磷酸钠的混合水溶液中，使得Ni基镀层表面能够带有上述的混合溶液，在0.5min-1.5min后取出，使得在泡沫镍不同位置的Ni基镀层都能够均匀附着混合溶液；

根据具体的Ph值需求，通过在碱性硼氢化钠水溶液滴加氢氧化钠，用以改变碱性硼氢化钠水溶液的Ph值(但需要Ph≥9)，再将碱性硼氢化钠水溶液滴加氢氧化钠通过现有技术中的喷枪进行喷洒射出，以便对Ni基镀层表面喷涂碱性硼氢化钠水溶液，用以反应形成NiFe基镀层；

再使用离子水对反应后的泡沫镍进行冲洗，洗去NiFe基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物，使得NiFe基镀层表面洁净，降低杂质附着。

具体地，非晶NiFe基镀层是在强劲气泡模板的辅助下，通过室温下简便的连续化学沉积方法制备的。引入了高浓度的硼氢化钠(NaBH4)和次磷酸钠(NaH2PO2)的组合作为强还原剂和气泡发生剂，以快速构建和沉积该电极材料。在金属离子的还原过程中，还原剂本身释放出大量的类金属原子(B，P)掺入金属基体中，导致NiFe基纳米复合物具有稳定的无定形结构。此外，连续沉积中过量的硼氢化钠加速催化水解导致了剧烈的氢气生成，这主要是由次亚磷酸钠释放出的大量质子以及原位沉积的多组分镍基非晶镀层的催化作用触发的。

上述任一实施例中，S4中的干燥处理具体包括：将负载有非晶NiFe基镀层的基体放在温度为40℃-60℃的真空烘箱中，烘干3h-6h，得到最终成品。

在该实施例中，由于带有NiFe基镀层的表面还带有去离子水，若不及时去除，空气中的灰尘容易附着并粘接在NiFe基镀层表面，对实际的应用造成影响，通过在40℃-60℃的真空烘箱中可将去离子水缓慢蒸发，并持续烘干3h-6h可是泡沫镍的NiFe基镀层表面完全干燥。

上述任一实施例中，碱性硼氢化钠的浓度为2.5mol/L-3.5mol/L。

在该实施例中，通过将碱性硼氢化钠的浓度设定在2.5mol/L-3.5mol/L之间，使得碱性硼氢化钠的浓度能够完全保证本方法加工工序的需要，同时也能够避免过高浓度的应用，造成材料浪费。

上述任一实施例中，S2-1中的预设浓度范围为：氯化镍的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L、次亚磷酸钠的浓度为1.2mol/L-1.8mol/L；步骤S3-1中的预设浓度范围为：氯化镍的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L、硫酸亚铁的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L以及次亚磷酸钠的浓度为1.2mol/L-1.8mol/L。

在该实施例中，为了保证本实验的正常产品产出，通过将氯化镍的浓度范围设定在0.1mol/L-0.6mol/L之间、将硫酸亚铁的浓度范围设定在0.1mol/L-0.6mol/L之间以及将次亚磷酸钠的浓度范围设定在1.2mol/L-1.8mol/L之间，一方面保证了实验产品的预期产出，另一方面能够降低原材料的过高设置所造成的的浪费，也避免了原材料的随意设置，保证了实验加工的顺利进行。

本发明的第二方面提供了一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极，采用如本发明第一方面任一的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法制得。

本发明提供的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极，由于其可以由如上述任一实施例的方法步骤实现，因而本发明第二方面提供的一种电催化剂具备该一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的全部技术效果，在此不再赘述。

本发明提供的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的应用，电催化剂用于碱性、近中性电解液和碱性海水中的电催化析氧反应。

本发明提供的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的应用，以带有中空气泡的泡沫镍作为辅助模板，通过连续化学沉积法在泡沫镍表面制备出NiFe多层级多孔非晶纳米阵列，其在碱性电解液，近中性电解液和碱性海水都具有优异电催化析氧性能。

实施例1

如图1-3所示，本实施方式在室温下，以大片泡沫镍为基底，通过气泡模板辅助法首先将非晶态的Ni基镀层化学沉积到泡沫镍上。随后进一步通过气泡模板辅助法再将非晶态的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列镀层化学沉积到泡沫镍上，制备出高性能析氧电催化剂。

上述室温大规模制备的泡沫镍负载NiFe多层级多孔非晶纳米阵列析氧电催化剂的方法按以下步骤进行。

(1)首先将一大块泡沫镍(15cm*30cm)依次在6M盐酸，丙酮和水中进行超声处理，以去除氧化镍层和有机污染物。

(2)将泡沫镍浸入由一定浓度的0.6M氯化镍和1.5M次亚磷酸钠的混合水溶液中一分钟后取出，以确保泡沫镍被溶液完全填充。

(3)取新制pH≥9浓度为3M的碱性硼氢化钠水溶液(滴加适量氢氧化钠)，用喷枪均匀喷涂到润湿的泡沫镍基体上，迅速形成Ni基黑色附着物。

(4)用去离子水冲洗沉积过的泡沫镍，去除镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物。

(5)重复步骤(2)-(4)8次，直到泡沫镍基底完全被Ni基黑色附着物覆盖。

(6)将预沉积Ni基黑色附着物的泡沫镍浸入一定浓度的含有0.4M氯化镍和0.2M硫酸亚铁以及1.5M次亚磷酸钠的混合水溶液中一分钟后取出，以确保预沉积Ni基黑色附着物的泡沫镍被溶液完全填充。

(7)取新制pH≥9浓度为3M的碱性硼氢化钠水溶液(滴加适量氢氧化钠)，用喷枪均匀喷涂到润湿的Ni基黑色附着物覆盖的泡沫镍上，迅速形成更多NiFe基黑色附着物。

(8)用去离子水冲洗沉积过的泡沫镍，去除镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物。

(9)重复步骤(6)-(8)8次，直到得到均匀分布的多孔NiFe基镀层。

(10)将制备好的材料放在真空烘箱中于45℃下烘干5小时。

(11)以本实施例得到的泡沫镍负载的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列电催化剂为例，NiFe多层级多孔非晶纳米阵列包覆的泡沫镍整体呈现为均匀的黑色形态。将泡沫镍表面附载的黑色附着物刮下，对其进行XRD分析，如图2所示，本实施例制备所制备的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列电催化剂呈现出典型的非晶态的宽化衍射峰，表明泡沫镍表面的NiFe基镀层为非晶态。根据图1中的SEM电镜图像可以看出，NiFe基非晶态镀层在泡沫镍表面均匀分布，并且呈现为多层与多孔的微观形貌。

(12)本例的电化学测试在室温、常压条件下的三电极电解池中进行，对电极为Pt片电极，参比电极的为Hg/HgO电极，工作电极为本实施例制备的泡沫镍负载的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列电极，电化学工作站为上海辰华CHI760I，电解液为1M KOH，通过析氧极化曲线图可知，该电极在500mA cm-2的电流密度下为267mV的过电位(图3)

实施例2

如图4所示，本实施方式在室温下，以大片泡沫镍为基底，通过气泡模板辅助法首先将非晶态的Ni基镀层化学沉积到泡沫镍上。随后进一步通过气泡模板辅助法再将非晶态的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列镀层化学沉积到泡沫镍上，制备出高性能析氧电催化剂。

(1)泡沫镍基底的预处理与电催化剂的制备方法与实施例1的步骤(1)-(10)完全相同。

(2)本例的电化学测试在室温、常压条件下的三电极电解池中进行，对电极为Pt片电极，参比电极的为Ag/AgCl电极，工作电极为本实施例制备的泡沫镍负载的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列电极，电化学工作站为上海辰华CHI760I，电解液为1M KBi(四硼酸钾)，通过析氧极化曲线图可知，该电极在100mA cm-2的电流密度下为318mV的过电位(图4)。

实施例3

如图5所示，本实施方式在室温下，以大片泡沫镍为基底，通过气泡模板辅助法首先将非晶态的Ni基镀层化学沉积到泡沫镍上。随后进一步通过气泡模板辅助法再将非晶态的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列镀层化学沉积到泡沫镍上，制备出高性能析氧电催化剂。

(1)泡沫镍基底的预处理与电催化剂的制备方法与实施例1的步骤(1)-(10)完全相同。

(2)本实施例的电化学测试在室温、常压条件下的三电极电解池中进行，对电极为Pt片电极，参比电极的为Hg/HgO电极，工作电极为本实施例制备的泡沫镍负载的NiFe多层级多孔非晶纳米阵列电极，电化学工作站为上海辰华CHI760I，电解液为1M KOH的天然海水溶液，通过析氧极化曲线图可知，该电极在500mA cm-2的电流密度下为337mV的过电位(图5)。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (7)

1.一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，其特征在于，包括：

S1，选取泡沫镍作为基体，并对其进行预处理；

S2，采用连续的化学沉积法，在泡沫镍基体表面形成非晶Ni基镀层；所述S2具体的步骤包括：

S2-1，将所述基体浸入预设浓度范围的氯化镍和次亚磷酸钠的混合水溶液中，并在0.5min-1.5min后取出；

S2-2，将Ph≥9的碱性硼氢化钠水溶液用喷枪喷射出，并均匀喷涂到润湿的所述基体表面，形成非晶Ni基镀层；

S2-3，用去离子水冲洗具有所述非晶Ni基镀层的所述基体，去除所述非晶Ni基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物；

S2-4，返回步骤S2-1，直至泡沫镍基体完全被黑色的非晶Ni基镀层覆盖；

S3，采用连续的化学沉积法，在非晶Ni基镀层表面形成非晶NiFe基镀层；所述S3具体的步骤包括：

S3-1，将具有Ni基镀层的基体浸入预设浓度范围的氯化镍、硫酸亚铁和次亚磷酸钠的混合水溶液中，并在0.5min-1.5min后取出；

S3-2，将Ph≥9的碱性硼氢化钠水溶液用喷枪喷射出，并均匀喷涂到润湿的所述非晶Ni基镀层表面，形成非晶NiFe基镀层；

S3-3，用去离子水冲洗沉积过的所述基体，去除所述非晶NiFe基镀层表面的可溶性离子和未附着的沉积物；

S3-4，返回步骤S3-1，直至所述基体的非晶Ni基涂层表面形成均匀分布的非晶NiFe基镀层；

S4，干燥处理后，即得泡沫镍负载NiFe多层级多孔非晶纳米阵列电催化电极。

2.根据权利要求1所述的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，其特征在于，所述S1的预处理的步骤，具体包括：

先将基体依次置于浓度为5mol/L-7mol/L盐酸、丙酮和去离子水中，并分别超声处理30min-45min；

然后将基体在温度为50℃-100℃的真空环境中干燥6h-8h。

3.根据权利要求1所述的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，其特征在于，所述S4中的干燥处理具体包括：

将负载有所述非晶NiFe基镀层的所述基体放在温度为40℃-60℃的真空烘箱中，烘干3h-6h，得到最终成品。

4.根据权利要求1所述的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，其特征在于，所述碱性硼氢化钠的浓度为2.5mol/L-3.5mol/L。

5.根据权利要求1所述的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法，其特征在于，所述S2-1中的预设浓度范围为：所述氯化镍的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L、所述次亚磷酸钠的浓度为1.2mol/L-1.8mol/L；

所述步骤S3-1中的预设浓度范围为：所述氯化镍的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L、所述硫酸亚铁的浓度为0.1mol/L-0.6mol/L以及所述次亚磷酸钠的浓度为1.2mol/L-1.8mol/L。

6.一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极，其特征在于，采用如权利要求1-5任一所述的一种泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的制备方法制得。

7.一种如权利要求6所述泡沫镍负载NiFe非晶纳米阵列电催化电极的应用，其特征在于，用于碱性、近中性电解液和碱性海水中的电催化析氧反应。

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