一种自支撑电极及其制备方法和用途

• 摘要：

  本发明提供了一种自支撑电极及其制备方法和用途.所述自支撑电极包括导电基底以及负载在所述导电基底上的金属碳氮化合物电极材料.所述制备方法包括:(1)在导电基底上生长聚吡咯膜,得到聚吡咯包覆的导电基底;(2)在步骤(1)所述聚吡咯包覆的导电基底上生长金属前体,得到电极前体;(3)将步骤(2)所述电极前体煅烧碳化得到所述自支撑电极.所述自支撑电极用于电催化分解水、电催化氧气还原或锂离子电池.本发明提供的自支撑电极的稳定性高,电子传输效率高,催化效率高;本发明提供的制备方法简化了合成自支撑电极的制备方法,而且提高了自支撑电极的催化效率,保证了产品优良的性能.

• 专利类型：

  发明专利

• 申请/专利号：

  CN201810005771.8

• 申请日期：

  2018.01.03

• 公开/公告号：

  CN109994715A

• 公开/公告日：

  2019-07-09

• 发明人：

  朴玲钰 曹爽 吴志娇 伏兵 于海宁

• 申请人：

  国家纳米科学中心

• 主分类号：

  H01M4/36(2006.01),H,H01,H01M,H01M4

• 分类号：

  H01M4/36(2006.01),H01M4/583(2010.01),H01M4/62(2006.01),H01M10/0525(2010.01),C25B11/06(2006.01),C25B1/04(2006.01),H,C,H01,C25,H01M,C25B,H01M4,H01M10,C25B11,C25B1,H01M4/36,H01M4/583,H01M4/62,H01M10/0525,C25B11/06,C25B1/04

• 主权项：

  1.一种自支撑电极,其特征在于,所述自支撑电极包括导电基底以及负载在所述导电基底上的金属碳氮化合物电极材料. 2.根据权利要求1所述的自支撑电极,其特征在于,所述自支撑电极为导电基底以及负载在所述导电基底上的金属碳氮化合物电极材料; 优选地,所述金属碳氮化合物中,金属元素包括铁、钴、镍、铜或钼中的任意一种或至少两种的组合; 优选地,所述导电基底为碳布; 优选地,所述金属碳氮化合物的厚度为2nm-20nm. 3.根据权利要求1或2所述的自支撑电极的制备方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: (1)在导电基底上生长聚吡咯膜,得到聚吡咯包覆的导电基底; (2)在步骤(1)所述聚吡咯包覆的导电基底上生长金属前体,得到电极前体; (3)将步骤(2)所述电极前体煅烧碳化得到所述自支撑电极. 4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述生长聚吡咯膜为电镀生长聚吡咯膜; 优选地,所述电镀生长聚吡咯膜包括以下步骤: 将所述导电基底作为工作电极,与对电极、参比电极和含有吡咯单体的电解液组成电镀体系,在所述电镀体系中进行电镀得到聚吡咯包覆的导电基底. 5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述导电基底为碳布; 优选地,所述对电极为铂电极和/或碳棒,优选为铂电极; 优选地,所述参比电极为银/氯化银电极和/或饱和甘汞电极,优选为银/氯化银电极; 优选地,所述电解液为含有吡咯单体的高氯酸钠水溶液; 优选地,所述高氯酸钠水溶液的浓度为0.01mol/L-2.0mol/L,优选为0.5mol/L; 优选地,所述电解液中,吡咯单体的体积与高氯酸钠水溶液的体积之比为1:1-1:20,优选为1:10; 优选地,所述电解液的体积为10mL-200mL,优选为50mL; 优选地,所述电镀的电压为0.1V-2V,优选为1.0V; 优选地,所述电镀的时间为50s-1000s,优选为500s. 6.根据权利要求3-5任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(2)中,所述生长金属前体包括以下步骤: 将步骤(1)所述聚吡咯包覆的导电基底与金属源溶液混合,进行反应,得到电极前体. 7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述金属源溶液为金属源水溶液; 优选地,所述金属源溶液为过渡金属源溶液; 优选地,所述过渡金属源溶液包括铁源溶液、钴源溶液、镍源溶液、铜源溶液或钼源溶液中的任意一种或至少两种的组合; 优选地,所述钴源溶液包括氯化钴溶液、硝酸钴溶液、硫酸钴溶液或乙酸钴溶液中的任意一种或至少两种的组合; 优选地,所述金属源溶液为过渡金属源水溶液; 优选地,所述金属源溶液的浓度为0.5mol/L-2.5mol/L,优选为1mol/L; 优选地,所述反应的温度为80℃-200℃,优选为160℃; 优选地,所述反应的时间为5h-72h,优选为24h. 8.根据权利要求3-7任一项所述的制备方法,其特征在于,步骤(3)中,所述煅烧碳化的温度为800℃-1200℃,优选为900℃; 优选地,步骤(3)中,所述煅烧碳化的时间为0.5h-5h,优选为2h; 优选地,步骤(3)中,所述煅烧碳化的气体氛围为氢气和氩气的混合气体; 优选地,所述氢气和氩气的混合气体中,氢气的体积分数为5％. 9.根据权利要求3-8任一项所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤: (1)将所述导电基底作为工作电极,与对电极、参比电极和含有吡咯单体的0.5mol/L高氯酸钠水溶液组成电镀体系,在所述电镀体系中以1.0V的电压电镀500s得到聚吡咯包覆的导电基底;所述对电极为铂电极,所述参比电极为银/氯化银电极,所述吡咯单体的体积与高氯酸钠水溶液的体积之比为1:10; (2)将步骤(1)所述聚吡咯包覆的导电基底与1mol/L的过渡金属源水溶液混合,在160℃下进行反应24h,得到电极前体; (3)将步骤(2)所述电极前体在氢气和氩气的混合气体下900℃煅烧碳化2h得到所述自支撑电极,所述氢气和氩气的混合气体中,氢气的体积分数为5％. 10.根据权利要求1或2所述的自支撑电极的用途,其特征在于,所述自支撑电极用于电催化分解水、电催化氧气还原或锂离子电池.