本發(fā)明涉及催化電解水，具體涉及一種納米管陣列復(fù)合電極的制備方法、納米管陣列復(fù)合電極和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1、水分解制氫作為一種應(yīng)對當前人類社會能源危機的有效重要手段，已經(jīng)獲得了廣泛的關(guān)注和研究。以往的相關(guān)科學研究表明，高效催化劑是提升水分解效率的關(guān)鍵。在種類繁多的催化劑中，雖然很多復(fù)合型催化劑表現(xiàn)出了非常高效的催化性能，但是貴金屬催化劑依然占據(jù)著非常重要的地位，全面取代貴金屬催化劑的努力還在繼續(xù)。
2、現(xiàn)有水分解催化劑中，鐵氧化物(鐵氫氧化物)被廣泛地認為是最有可能取代貴金屬的催化劑，因為它們具備以下優(yōu)勢：(1)在地球上蘊藏量非常大(約占地殼總質(zhì)量的6.3wt％)，并且價格低廉，毒性小，穩(wěn)定性高；(2)形貌較易控制，合成方法較簡單；(3)fe屬于[ar]3d5-84s2電子結(jié)構(gòu)，具有一定的氧化還原性質(zhì)，氧化物和氫氧化物帶寬比較窄，可以吸收可見光進行催化。
3、現(xiàn)有技術(shù)中的鐵氧化物(鐵氫氧化物)作為催化劑電解水時，存在金屬活性位點難以暴露、穩(wěn)定性較差、激發(fā)態(tài)壽命短和空穴擴散路徑短(2-4nm)的問題，并且大多數(shù)為粉體催化劑。粉體催化劑在制備電極時需要大量的粘合劑，并且在制備過程中可能會造成催化劑活性位點的損失，特別是包裹在粘合劑內(nèi)部的催化劑顆粒，很難暴露出表面活性位點，并且在電解水的過程中，催化劑表面會產(chǎn)生大量氣泡，在長時間大量氣泡的作用下粉體催化劑存在非常高的剝落風險，使電極的穩(wěn)定性變差，影響催化劑的催化性能和電解水的效果。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)存在的鐵氧化物(鐵氫氧化物)催化電極穩(wěn)定性差和電解過程中催化活性減弱的問題，提供一種納米管陣列復(fù)合電極的制備方法、納米管陣列復(fù)合電極和應(yīng)用，該納米管陣列復(fù)合電極的制備方法制得的復(fù)合電極具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，催化電解過程中催化活性穩(wěn)定的優(yōu)點。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種納米管陣列復(fù)合電極的制備方法，包括：在溶劑存在的條件下，將氧化鋅納米管陣列導(dǎo)電基底與鐵鹽、鎳鹽進行接觸反應(yīng)。
3、優(yōu)選地，所述鐵鹽選自氯化鐵、硝酸鐵和硫酸鐵中的至少一種，優(yōu)選為氯化鐵；所述鎳鹽選自氯化鎳、硝酸鎳和硫酸鎳中的至少一種，優(yōu)選為氯化鎳。
4、優(yōu)選地，相對于1g的所述氧化鋅納米管陣列導(dǎo)電基底，以鐵計的所述鐵鹽的用量為0.001-0.1mol/l，以鎳計的所述鎳鹽的用量為0.001-0.1mol/l。
5、進一步優(yōu)選地，所述鐵鹽和鎳鹽的摩爾比為1:0.8-1.2。
6、優(yōu)選地，所述接觸的條件包括：溫度為0-40℃，時間為0.5-12h。
7、進一步優(yōu)選地，所述方法還包括，對所述接觸反應(yīng)的產(chǎn)物進行煅燒處理，所述煅燒處理的條件包括：惰性氣氛，溫度為200-600℃，時間為2-4h。
8、優(yōu)選地，所述氧化鋅納米管陣列導(dǎo)電基底的制備方法包括以下步驟：
9、s1、將鋅鹽i、萘酚、醇和溶劑混合得到粘合劑；
10、s2、將步驟s1中制得的粘合劑涂敷在導(dǎo)電基底表面，經(jīng)干燥、煅燒得到表面覆蓋氧化鋅晶種的導(dǎo)電基底；
11、s3、將步驟s2中表面覆蓋氧化鋅晶種的導(dǎo)電基底和含有六亞甲基四胺和鋅鹽ii的混合溶液反應(yīng)。
12、優(yōu)選地，在所述步驟s2中，所述導(dǎo)電基底選自導(dǎo)電玻璃、泡沫鎳、泡沫銅、碳布、碳紙、金片、銀片、銅片、鉑片、銥片、釕片和鈦片中的至少一種。
13、進一步優(yōu)選地，所述導(dǎo)電基底的橫截面積為1-10000cm2，更優(yōu)選為100-1000cm2。
14、進一步優(yōu)選地，所述鋅鹽i和所述鋅鹽ii選自硝酸鋅、氯化鋅、硫酸鋅和醋酸鋅中的至少一種。
15、進一步優(yōu)選地，在所述步驟s1中，所述粘合劑中鋅鹽i的濃度為0.01-0.5mol/l，更優(yōu)選為0.05-0.2mol/l。
16、進一步優(yōu)選地，所述醇選自甲醇、乙二醇、丙二醇和異丙醇中的至少一種。進一步優(yōu)選地，在所述步驟s3中，所述混合溶液中鋅鹽ii的濃度為0.05-0.2mol/l。
17、進一步優(yōu)選地，在所述步驟s3中，所述混合溶液中所述六亞甲基四胺的濃度為0.01-0.5mol/l。
18、優(yōu)選地，在所述粘合劑中，所述萘酚、醇和溶劑的體積比為1:2-4:17-20。
19、進一步優(yōu)選地，在所述步驟s2中，所述煅燒的條件包括：惰性氣氛，煅燒溫度為350-800℃，時間為1-6h。
20、進一步優(yōu)選地，在所述步驟s3中，所述反應(yīng)的條件包括：溫度為90-180℃，時間為2-24h。
21、本發(fā)明第二方面提供上述第一方面所述的制備方法制得的納米管陣列復(fù)合電極。
22、優(yōu)選地，在所述納米管陣列復(fù)合電極中，所述鎳離子的含量為2-27wt％，所述鐵離子的含量為73-98wt％。
23、本發(fā)明第三方面提供上述第二方面所述的納米管陣列復(fù)合電極在電解水中的應(yīng)用。
24、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明提供的納米管陣列復(fù)合電極的制備方法將氧化鋅納米管陣列導(dǎo)電基底與含有鐵鹽和鎳鹽的混合溶液接觸，使得鐵鹽、鎳鹽與氧化鋅納米管陣列接觸的過程替換氧化鋅納米管陣列中的鋅離子形成新的納米管陣列，該納米管陣列是由極小的顆粒組成，這些小顆粒類似于片狀結(jié)構(gòu)的特點，能最大可能地暴露催化劑的表面反應(yīng)位點，通過鐵離子、鎳離子之間的協(xié)同作用，能夠進一步提高摻雜有鎳離子的改性fe2o3納米管陣列復(fù)合電極在電極電解過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和催化活性穩(wěn)定性。
1.一種納米管陣列復(fù)合電極的制備方法，其特征在于，包括：在溶劑存在的條件下，將氧化鋅納米管陣列導(dǎo)電基底與鐵鹽、鎳鹽進行接觸反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述鐵鹽選自氯化鐵、硝酸鐵和硫酸鐵中的至少一種，優(yōu)選為氯化鐵；所述鎳鹽選自氯化鎳、硝酸鎳和硫酸鎳中的至少一種，優(yōu)選為氯化鎳。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，相對于1g的所述氧化鋅納米管陣列導(dǎo)電基底，以鐵計的所述鐵鹽的用量為0.001-0.1mol/l，以鎳計的所述鎳鹽的用量為0.001-0.1mol/l；
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述接觸的條件包括：溫度為0-40℃，時間為0.5-12h；
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任意一項所述的制備方法，其特征在于，所述氧化鋅納米管陣列導(dǎo)電基底的制備方法包括以下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，在所述步驟s2中，所述導(dǎo)電基底選自導(dǎo)電玻璃、泡沫鎳、泡沫銅、碳布、碳紙、金片、銀片、銅片、鉑片、銥片、釕片和鈦片中的至少一種；
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，在所述粘合劑中，所述萘酚、醇和溶劑的體積比為1:2-4:17-20；
8.權(quán)利要求1-7中任意一項所述的制備方法制得的納米管陣列復(fù)合電極。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的復(fù)合電極，其特征在于，在所述納米管陣列復(fù)合電極中，所述鎳離子的含量為2-27wt％，所述鐵離子的含量為73-98wt％。
10.權(quán)利要求8或9所述的納米管陣列復(fù)合電極在電解水中的應(yīng)用。