镍铁氢氧化物电催化剂以及制备方法与应用、自供能系统及其应用.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910523673.8 (22)申请日 2019.06.17 (71)申请人 北京纳米能源与系统研究所 地址 100083 北京市海淀区学院路30号天 工大厦C座 (72)发明人 孙春文孟晓义 其他发明人请求不公开姓名 (74)专利代理机构 北京润平知识产权代理有限 公司 11283 代理人 刘依云乔雪微 (51)Int.Cl. H01M 4/90(2006.01) C25B 11/03(2006.01) C25B 11/06(2006.01) C25B 1/04(2006。

2、.01) C25B 1/00(2006.01) (54)发明名称 镍铁氢氧化物电催化剂以及制备方法与应 用、 自供能系统及其应用 (57)摘要 本发明涉及电催化剂领域， 公开了一种镍铁 氢氧化物电催化剂的制备方法， 所述方法包括以 下步骤： 步骤1、 将铁盐、 含氟化合物和尿素溶于 水中， 搅拌得到均相溶液； 步骤2、 将泡沫镍浸渍 于步骤1所述的均相溶液中， 进行水热反应后， 冷 却、 洗涤剂洗涤后得到所述镍铁氢氧化物电催化 剂。 由本发明所述方法制得的电催化剂具有优异 的催化活性， 且所述电催化剂经析氢活化或析氧 活化后具有优异的析氢催化活性和析氧催化活 性， 能够用于锌空气电池和/或电解。

3、池中， 其与摩 擦纳米发电机配合而得到的自供能系统， 能够实 现间歇性可再生能源的有效利用。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 111313041 A 2020.06.19 CN 111313041 A 1.一种镍铁氢氧化物电催化剂的制备方法， 其中， 所述方法包括以下步骤： 步骤1、 将铁盐、 含氟化合物和尿素溶于水中， 搅拌得到均相溶液； 步骤2、 将泡沫镍浸渍于步骤1所述的均相溶液中， 进行水热反应后， 冷却、 洗涤剂洗涤 后得到所述镍铁氢氧化物电催化剂。 2.根据权利要求1所述的制备方法， 其中， 步骤1的所述均相溶液中， 所述铁盐的浓度为 0.01-2mol/L， 含氟化合。

4、物的浓度为0.05-5mol/L， 尿素的浓度为0.05-4mol/L； 优选地， 所述铁盐的浓度为0.02-1.5mol/L， NH4F的浓度为0.1-3mol/L， 尿素的浓度为 0.1-1mol/L； 优选地， 所述铁盐为Fe(NO3)39H2O和/或FeCl36H2O中的至少一种； 优选地， 所述含氟化合物为NH4F和/或NaF。 3.根据权利要求1或2所述的制备方法， 其中， 步骤2中， 所述泡沫镍为片状； 所述洗涤剂 为去离子水和/或乙醇； 优选地， 所述泡沫镍的厚度为1.60.6mm， 面密度为35025g/m2； 优选地， 所述泡沫镍与均相溶液的体积比为20-100:1， 优选。

5、为30-40:1； 优选地， 所述水热反应的条件包括： 水热温度为90-140， 反应时间为3-10h； 优选地， 水热温度为110-130， 反应时间为5-8h。 4.一种由权利要求1-3中任意一项所述的制备方法制得的镍铁氢氧化物电催化剂， 其 中， 基于所述镍铁氢氧化物的总重量， 铁的含量为5-20wt， 镍的含量为10-60wt， 氧的含 量为10-84.9wt， 氟的含量为0.1-10wt； 优选地， 基于所述镍铁氢氧化物电催化剂的总重量， 铁的含量为10-15wt， 镍的含量 为20-40wt， 氧的含量为40-60wt， 氟的含量为0.5-2wt。 5.一种权利要求4所述的镍铁氢氧。

6、化物电催化剂的应用， 其中， 所述应用为锌空气电池 和/或电解池。 6.一种自供能系统， 其中， 所述系统包括： 摩擦纳米发电机， 用于收集机械能并转化为电能； 锌空气电池， 用于存储电能， 并提供至电解池； 和 电解池， 用于电解电解液； 其中， 所述锌空气电池的正极、 电解池的电极为权利要求4所述的镍铁氢氧化物电催化 剂。 7.根据权利要求6所述的自供能系统， 其中， 所述电解池的电极为活化的镍铁氢氧化物 电催化剂； 优选地， 所述活化为析氧活化或析氢活化。 8.根据权利要求7所述的自供能系统， 其中， 所述活化的步骤包括： 对所述镍铁氢氧化 物电催化剂进行析氧活化或析氢活化。 9.根据权。

7、利要求8所述的自供能系统， 其中， 所述析氧活化的条件包括： 析氧活化过电 位为0.25-0.65V， 析氧活化时间为6-14h； 优选地， 析氧活化过电位0.35-0.5V， 析氧活化时 间为8-12h； 所述析氢活化的条件包括： 析氢活化过电位为-0.45至-0.05V， 析氢活化时间为6-14h； 优选地， 析氢活化过电位-0.35至-0.15V， 析氢活化时间为8-12h。 权利要求书 1/2 页 2 CN 111313041 A 2 10.一种权利要求6-9中任意一项所述的自供能系统的应用， 其中， 所述应用为电解水 制H2、 电解CO2制CO和电化学还原N2制NH3中的至少一种。 。

8、权利要求书 2/2 页 3 CN 111313041 A 3 镍铁氢氧化物电催化剂以及制备方法与应用、 自供能系统及 其应用 技术领域 0001 本发明涉及电催化剂领域， 具体涉及一种镍铁氢氧化物电催化剂以及制备方法与 应用、 一种自供能系统及其应用。 背景技术 0002 随着全球经济的发展， 人们对能源的需求不断地增长， 当前绝大多数能源来自于 化石燃料， 如煤炭、 石油和天然气。 然而随着化石燃料的持续开采和消耗， 不可避免地面临 资源枯竭和环境污染等问题。 因此促使人们研究关于清洁能源(如风能、 太阳能、 海洋能等) 的存储与转换技术。 0003 为了解决这些可再生能源的间歇性问题， 通。

9、过(光)电催化制氢被认为是一种有效 的方案。 传统的电催化技术在酸性或碱性电解池中进行水分解， 然而缓慢的析氢和析氧催 化动力学问题导致需要较大的过电位才能产生较高的电流密度， 因此为了提高能量转换效 率， 减少或避免使用贵金属催化剂以降低生产成本， 开发高效的非贵金属电催化剂用于析 氢反应、 析氧反应和氧还原反应是很多研究人员关注的重点(Du,X.C.； Huang,J.W.； Zhang, J .J .； Yan ,Y .C .； Wu ,C .Y .； Hu ,Y .； Yan ,C .Y .； Lei ,T .Y .； Chen ,W .； Fan ,C .； Xiong , J.Mo。

10、dulating Electronic Structures of Inorganic Nanomaterials for Efficient Electrocatalytic Water Splitting.Angew.Chem.,Int.Ed.2019,58,4484-4502.)。 镍铁 氢氧化物具有水滑石结构特征， 是一类高效的析氧电催化剂， 为了满足实际应用的标准， 需 要进一步提高析氧反应催化活性， 并且有必要研究其析氢和氧还原性能以改善催化活性多 功能特点， 降低生产应用成本(Xiao,H.； Shin,H.； Goddard,W.A.Synergy Between Fe and。

11、 Ni in the Optimal Performance of(Ni,Fe)OOH Catalysts for the Oxygen Evolution Reaction.PNAS2018,115,5872-5877)。 发明内容 0004 本发明的目的是为了克服现有技术存在的镍铁氢氧化物电催化剂的析氧和析氢 活性低的问题， 提供了镍铁氢氧化物电催化剂以及制备方法与应用、 自供能系统及其应用。 该镍铁氢氧化物电催化剂作为电解池电极时， 具有优异的析氧反应催化活性和析氢反应催 化活性， 并能够作为电极用于自供能系统的锌空气电池， 实现间歇性可再生能源的有效利 用。 0005 为了实现上述目的。

12、， 本发明第一方面提供一种镍铁氢氧化物电催化剂的制备方 法， 其中， 所述方法包括以下步骤： 0006 步骤1、 将铁盐、 含氟化合物和尿素溶于水中， 搅拌得到均相溶液； 0007 步骤2、 将泡沫镍浸渍于步骤1所述的均相溶液中， 进行水热反应后， 冷却、 洗涤剂 洗涤后得到所述镍铁氢氧化物电催化剂。 0008 优选地， 步骤1的所述均相溶液中， 所述铁盐的浓度为0.01-2mol/L， 含氟化合物的 说明书 1/8 页 4 CN 111313041 A 4 浓度为0.05-5mol/L， 尿素的浓度为0.05-4mol/L。 0009 更优选地， 所述铁盐的浓度为0.02-1.5mol/L，。

13、 含氟化合物的浓度为0.1-3mol/L， 尿素的浓度为0.1-1mol/L。 0010 优选地， 步骤1中， 所述铁盐为Fe(NO3)39H2O和/或FeCl36H2O。 0011 优选地， 步骤2中， 所述泡沫镍为片状； 所述洗涤剂为去离子水和/或乙醇。 0012 更优选地， 所述泡沫镍的厚度为1.60.6mm， 面密度为35025g/m2。 0013 更进一步优选地， 所述泡沫镍与均相溶液的体积比为20-100:1， 优选为30-40:1。 0014 优选地， 步骤2中， 所述水热反应的条件包括： 水热温度为90-140， 反应时间为3- 10h。 0015 更优选地， 水热温度为110。

14、-130， 反应时间为5-8h。 0016 本发明第二方面提供一种由本发明的制备方法制得的镍铁氢氧化物电催化剂， 其 中， 基于所述镍铁氢氧化物电催化剂的总重量， 铁的含量为5-20wt， 镍的含量为10- 60wt， 氧的含量为10-84.9wt； 氟的含量为0.1-10wt。 0017 优选地， 基于所述镍铁氢氧化物的总重量， 铁的含量为10-15wt， 镍的含量为20- 40wt， 氧的含量为40-60wt； 氟的含量为0.5-2wt。 0018 本发明第三方面提供一种本发明所述的镍铁氢氧化物电催化剂的应用， 其中， 所 述应用为锌空气电池和/或电解池。 0019 本发明第四方面提供一种。

15、自供能系统， 其中， 所述系统包括： 0020 摩擦纳米发电机， 用于收集机械能并转化为电能； 0021 锌空气电池， 用于存储电能， 并提供至碱性电解池； 和 0022 电解池， 用于电解电解液， 其中， 所述锌空气电池的正极、 电解池的电极为本发明 所述的镍铁氢氧化物电催化剂。 0023 优选地， 所述电解液的电极为活化的镍铁氢氧化物电催化剂。 0024 更优选地， 所述活化为析氧活化或析氢活化。 0025 优选地， 所述活化的步骤包括： 对所述镍铁氢氧化物电催化剂进行析氧或析氢活 化。 0026 优选地， 所述析氧活化的条件包括： 析氧活化过电位为0.25-0.65V， 析氧活化时间 为。

16、6-14h； 优选地， 析氧活化过电位0.35-0.5V， 析氧活化时间为8-12h。 0027 优选地， 所述析氢活化的条件包括： 析氢活化过电位为-0.45至-0.05V， 析氢活化 时间为6-14h； 优选地， 析氢活化过电位-0.35至-0.15V， 析氢活化时间为8-12h。 0028 本发明第五方面提供一种本发明所述的自供能系统的应用， 其中， 所述应用为电 解水制H2、 电解CO2制CO和电化学还原N2制NH3中的至少一种。 0029 通过上述技术方案， 本发明所提供的镍铁氢氧化物电催化剂获得以下有益的效 果： 0030 本发明所提供的镍铁氢氧化物电催化剂用于电解池中， 通过施加。

17、阳极过电位原位 活化后能够具有优异的析氧反应催化活性； 通过施加阴极过电位原位活化后能够具有优异 的析氢反应催化活性。 0031 本发明所提供的镍铁氢氧化物电催化剂能够用于锌空气电池， 且所述锌空气电池 能够与摩擦纳米发电机以及碱性电解池相配合而获得自供能系统， 该系统能够将机械能转 说明书 2/8 页 5 CN 111313041 A 5 化为电能， 并用于分解水以制备燃料电池的燃料氢气， 实现了间歇性可再生能源的有效利 用。 0032 本发明所提供的自供能系统还能够用于电催化CO2还原制备CO、 电催化氮气合成 NH3。 所制得的CO、 NH3能够作为燃料电池的燃料进行发电实现间歇性可再生。

18、能源的有效利 用。 附图说明 0033 图1(a)是实施例1所制备的镍铁氢氧化物电催化剂经过施加过电位为0.42V和- 0.25V分别进行析氧和析氢活化10小时过程中， 电流密度随时间的变化曲线； 0034 图1(b)是实施例1所制备的镍铁氢氧化物电催化剂与经活化后的镍铁氢氧化物电 催化剂析氧和析氢活性比较； 0035 图2是以NiFe-OH/NF作为正极， 锌片为负极组装的锌空气电池进行稳定性测试的 电压随时间的变化曲线； 0036 图3是实施例5的电解池的电流密度随电压变化的曲线； 0037 图4(a)是旋转式摩擦纳米发电机结构示意图； 0038 图4(b)是自供能系统的电路示意图； 00。

19、39 图4(c)是自供能系统中锌空气电池在不同阶段电压随时间的变化； 0040 图4(d)是电解水过程中， 电压和电流随时间的变化。 具体实施方式 0041 在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值， 这些范围或 值应当理解为包含接近这些范围或值的值。 对于数值范围来说， 各个范围的端点值之间、 各 个范围的端点值和单独的点值之间， 以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个 新的数值范围， 这些数值范围应被视为在本文中具体公开。 0042 本发明第一方面提供一种镍铁氢氧化物电催化剂的制备方法， 其中， 所述方法包 括以下步骤： 0043 步骤1、 将铁盐、 含氟化合物和。

20、尿素溶于水中， 搅拌得到均相溶液； 0044 步骤2、 将泡沫镍浸渍于步骤1所述的均相溶液中， 进行水热反应后， 冷却、 洗涤剂 洗涤后得到所述镍铁氢氧化物电催化剂。 0045 本发明中， 经X射线衍射(XRD)分析产物， 表明本发明所提供的镍铁氢氧化物电催 化剂呈层状结构， 具体的， 镍、 铁阳离子和氢氧根形成主层， 层间含有水分子、 碳酸根离子和 氟离子。 0046 本发明中， 采用本发明所述方法制备镍铁氢氧化物电催化剂时， 镍铁氢氧化物纳 米片能够均匀地生长在泡沫镍基底上， 经活化后， 具有优异的析氧反应催化活性和析氢反 应催化活性。 0047 本发明中， 发明人研究发现， 在制备镍铁氢。

21、氧化物电催化剂过程中， 含氟化合物的 添加能够显著地提高制得的镍铁氢氧化物的催化活性， 即经过析氧和析氢活化处理后， 具 有优异的析氧反应催化活性和析氢反应催化活性。 发明人推测是含氟化合物的添加改善了 镍铁氢氧化物的结晶性， 进而改善了镍铁氢氧化物电催化剂的催化活性。 说明书 3/8 页 6 CN 111313041 A 6 0048 根据本发明， 步骤1的所述均相溶液中， 所述铁盐的浓度为0.01-2mol/L， 含氟化合 物的浓度为0.05-5mol/L， 尿素的浓度为0.05-4mol/L。 0049 本发明中， 将具有上述浓度的铁盐、 含氟化合物和尿素而制得的均相溶液与泡沫 镍相互配。

22、合， 能够获得具有优异纳米片结构的镍铁氢氧化物电催化剂。 0050 更优选地， 所述铁盐的浓度为0.02-1.5mol/L， 含氟化合物的浓度为0.1-3mol/L， 尿素的浓度为0.1-1mol/L。 0051 根据本发明， 步骤1中， 所述铁盐为Fe(NO3)39H2O和/或FeCl36H2O。 0052 根据本发明， 步骤2中， 所述泡沫镍为片状； 所述洗涤剂为去离子水和/或乙醇。 0053 优选地， 所述泡沫镍的厚度为1.60.6mm， 面密度为35025g/m2。 0054 更优选地， 所述泡沫镍与均相溶液的体积比为20-100:1， 优选为30-40:1。 0055 根据本发明， 。

23、步骤2中， 所述水热反应的条件包括： 水热温度为90-140， 反应时间 为3-10h。 0056 优选地， 水热温度为110-130， 反应时间为5-8h。 0057 本发明第二方面提供一种由本发明所述制备方法制得的镍铁氢氧化物电催化剂， 其中， 基于所述镍铁氢氧化物电催化剂的总重量， 铁的含量为5-20wt， 镍的含量为10- 60wt， 氧的含量为10-84.9wt； 氟的含量为0.1-10wt。 0058 优选地， 基于所述镍铁氢氧化物电催化剂的总重量， 铁的含量为10-15wt， 镍的 含量为20-40wt， 氧的含量为40-60wt； 氟的含量为0.5-2wt。 0059 经X射线。

24、衍射(XRD)分析， 结果表明该镍铁氢氧化物电催化剂呈层状结构， 具体的， 镍、 铁阳离子和氢氧根形成主层， 层间含有水分子、 碳酸根离子和氟离子。 该镍铁氢氧化物 电催化剂的结构中， 层间含有氟离子可以有利于解决本申请的技术问题。 0060 本发明第三方面提供一种本发明所述的镍铁氢氧化物电催化剂的应用， 其中， 所 述应用为锌空气电池和/或电解池。 0061 本发明第四方面提供一种自供能系统， 其中， 所述系统包括： 0062 摩擦纳米发电机， 用于收集机械能并转化为电能； 0063 锌空气电池， 用于存储电能， 并提供至碱性电解池； 和 0064 电解池， 用于电解电解液， 其中， 所述锌。

25、空气电池的正极、 电解池的电极为本发明 所述镍铁氢氧化物电催化剂。 0065 本发明所提供的自动能系统中， 锌空气电池可以驱动具有分解电压小于或等于 1.60伏特的电解池， 实现电解池电解水制H2、 电解CO2制CO和电化学还原N2制NH3。 0066 本发明中， 所述电解池可以本领域中常规的碱性电解池、 中性电解池和酸性电解 池中的任意一种。 0067 本发明中， 所述镍铁氢氧化物电催化剂包括活化和未活化的镍铁氢氧化物电催化 剂。 0068 根据本发明， 所述电解池的电极为活化的镍铁氢氧化物电催化剂。 0069 根据本发明， 所述活化为析氧活化或析氢活化。 0070 本发明中， 经析氧活化处。

26、理的镍铁氢氧化物电催化剂具有优异的析氧反应催化活 性。 经析氢活化处理的镍铁氢氧化物电催化剂具有优异的析氢反应催化活性。 0071 发明人经研究发现， 经过活化处理的镍铁氢氧化物电催化剂用于电解池时， 能够 说明书 4/8 页 7 CN 111313041 A 7 显著地降低电解池的分解电压， 确保锌空气电池能够驱动电解池进行电解水制H2、 电解CO2 制CO和电化学还原N2制NH3的反应。 0072 具体的， 本发明中， 电解水制H2用电解池的阳极为析氧活化的镍铁氢氧化物电催 化剂， 而阴极为析氢活化的镍铁氢氧化物电催化剂。 0073 根据本发明， 所述活化的步骤包括： 对所述镍铁氢氧化物电。

27、催化剂进行析氧或析 氢活化。 0074 根据本发明， 所述析氧活化的条件包括： 析氧活化过电位为0.25-0.65V， 析氧活化 时间为6-14h。 0075 本发明中， 采用本发明所限定的析氧活化条件对所述镍铁氢氧化物电催化剂进行 活化处理， 能够产生更多的催化活性位点， 提高了反应接触面积， 进而使得活化的电催化剂 具有优异的析氧反应催化活性， 能够满足电解水制H2、 电解CO2制CO和电化学还原N2制NH3的 需求， 实现间歇性可再生能源的有效利用。 0076 发明人经过大量的研究发现， 当采用析氧活化过电位为0.35-0.5V， 对催化剂进行 8-12h的析氧活化处理后， 电催化剂的析。

28、氧反应催化活性更为优异。 0077 根据本发明， 所述析氢活化的条件包括： 析氢活化过电位为-0.45至-0.05V， 析氢 活化时间为6-14h。 0078 发明中， 采用本发明所限定的析氢活化条件对电催化剂进行活化处理， 能够优化 催化剂结构， 形成更多反应的活性位点， 进而使得活化的电催化剂具有优异的析氢反应催 化活性， 能够满足电解水制H2、 电解CO2制CO和电化学还原N2制NH3的需求， 实现间歇性可再 生能源的有效利用。 0079 发明人经过大量的研究发现， 当采用析氢活化过电位为-0.35至-0.15V， 对催化剂 进行8-12h的析氢活化处理后， 电催化剂的析氢反应催化活性更。

29、为优异。 0080 本发明第五方面提供一种本发明所述的自供能系统的应用， 其中， 所述应用为电 解水制H2、 电解CO2制CO和电化学还原N2制NH3中的至少一种。 0081 以下将通过实施例对本发明进行详细描述。 0082 1、 电化学测试 0083 采用典型的三电极测试体系进行电催化活性表征。 取用面积为0.25cm2的NiFe- OH/NF作为工作电极， 石墨棒作为对电极， 氧化汞电极作为参比电极。 电解液为1.0M氢氧化 钾。 采用线性扫描， 扫速为5mVs-1， 析氧测试电压范围为0V至1.6V(相对可逆氢电极)， 析氢测 试电压范围为0V至-1.6V(相对可逆氢电极)； 0084 。

30、2、 锌空气电池的循环稳定性 0085 以10mA cm-2的电流密度测试电池的循环稳定性； 0086 3、 电解池线性扫描测试 0087 采用线性扫描测试方法测试可以使电解池工作的最低分解电压， 其中， 扫描扫速 为2mV s-1； 0088 4、 镍铁氢氧化物电催化剂中， 各元素的含量采用电感耦合等离子体发射光谱 (ICP， Thermo Electron Corporation)分析方法进行测试； 0089 以下实施例以及对比例中， 泡沫镍为深圳市科晶智达科技有限公司公司牌号为 EQ-bcnf-16m的市售品； 说明书 5/8 页 8 CN 111313041 A 8 0090 其他原料。

31、均为市售品。 0091 实施例1 0092 步骤1、 将1.5mmolFe(NO3)39H2O(0.021mol/L)， 10mmolNH4F(0.143mol/L)和 12.5mmol尿素(0.179mol/L)溶于70mL的去离子水中， 搅拌30分钟形成均相溶液； 0093 步骤2、 将一片面积为10cm2(2mm5mm)的泡沫镍浸渍于所述均相溶液中， 在120 下水热反应6h， 自然冷却至室温。 用去离子水和乙醇对泡沫镍分别洗涤数次。 制得催化剂 NiFe-OH/NF-1， 其中， 催化剂中， 铁的含量为14.13wt， 镍的含量为36.12wt， 氧的含量为 48.62wt， 氟的含量。

32、为1.13wt。 0094 实施例2 0095 采用与实施例1相同的方法制备镍铁氢氧化物电催化剂， 不同的是： 铁盐的用量为 2mol/L， NH4F的用量为5mol/L， 尿素的用量为4mol/L。 制得催化剂NiFe-OH/NF-2， 其中， 催化 剂中， 铁的含量为16.21wt， 镍的含量为34.32wt， 氧的含量为47.26wt， 氟的含量为 2.21wt。 0096 实施例3 0097 采用与实施例1相同的方法制备镍铁氢氧化物电催化剂， 不同的是： 水热反应的反 应温度为140， 反应时间为9h。 制得催化剂NiFe-OH/NF-3， 其中， 催化剂中， 铁的含量为 13.96w。

33、t， 镍的含量为36.25wt， 氧的含量为48.37wt， 氟的含量为1.42wt。 0098 实施例4 0099 对实施例1所制得的催化剂NiFe-OH/NF-1分别进行析氧活化和析氢活化处理： 0100 其中， 析氧活化处理的步骤为： 对催化剂施加的析氧活化过电位为0.42V， 活化时 间为10小时， 得到析氧活化的催化剂O(I)-NiFe-OH/NF-1； 0101 析氢活化处理的步骤为： 对催化剂施加的析氢活化过电位为-0.25V， 活化时间为 10小时， 得到析氢活化的催化剂H(I)-NiFe-OH/NF-1。 0102 图1(a)记录了活化过程中的电流随时间变化曲线。 0103 。

34、对制得的析氧活化的催化剂O(I)-NiFe-OH/NF-1和析氢活化的催化剂H(I)-NiFe- OH/NF-1的电化学性能进行测试。 其中， 电流密度随时间的变化如图1(b)所示。 未经活化的 催化剂NiFe-OH/NF-1、 与析氧活化处理后的O-NiFe-OH/NF-1和析氢活化处理后的H-NiFe- OH/NF-1的活性比较如图1(b)所示。 0104 由图1(b)可以看出， 经过活化处理， 催化剂表现出更高的催化活性， 具体地， 在 10mA cm-2的条件下， O(I)-NiFe-OH/NF-1的过电位降低了80mV， H-NiFe-OH/NF-1的过电位降 低了7mV。 0105。

35、 实施例5 0106 采用实施例1制备的1cm2催化剂NiFe-OH/NF-1作为正极， 锌片作为负极， 电解液为 6M氢氧化钾和0.2M的醋酸锌， 玻璃纤维为隔膜组装锌空气电池A1。 锌空气电池的循环稳定 性测试结果如图2所示。 0107 由图2可以看出， 锌空气电池能持久的运行而没有性能衰减， 说明催化剂NiFe-OH/ NF-1可以用于锌空气电池使其有效地的工作。 0108 实施例6 0109 电解池的组装： 以1M氢氧化钾为电解液， 实施例4所提供的催化剂O(I)-NiFe-OH/ 说明书 6/8 页 9 CN 111313041 A 9 NF-1为阳极， H(I)-NiFe-OH/N。

36、F-1为阴极， 构成电解池A1。 0110 采用上述电解池进行电解水， 并对电解池进行线性扫描测试， 获得电解池的电流 密度随电压变化的曲线如图3所示， 由图3可知， 电解池在在10mA cm-2的电流密度下具有 1.54伏特的水分解电压。 0111 实施例7 0112 自供能系统A1： 采用转盘式摩擦纳米发电机给锌空气电池A1充电； 锌空气电池A1 驱动实施例6所述电解池进行水分解制备氢气。 旋转式摩擦纳米发电机结构如图4(a)所示， 自供能系统的电路示意图如图4(b)所示， 自供能系统中锌空气电池在不同阶段电压随时间 的变化如图4(c)所示， 电解水过程的电压和电流随时间的变化如图4(d)。

37、所示。 由图4(c)可 以看出， 转盘式摩擦纳米发电机可以给锌空气电池电池充电， 充电电压达到1.35伏特， 证明 了机械能可以转化为化学能存储到电池中； 图4(d)说明锌空气电池可以驱动电解池工作， 进行制氢。 0113 实施例8 0114 采用与实施例4相同的方法对催化剂进行活化处理， 不同的是： 析氧活化处理时， 施加的析氧活化过电位为0.65V， 活化时间为10h， 制得析氧活化的催化剂O(II)-NiFe-OH/ NF-1； 析氢活化处理时， 施加的析氢活化过电位为-0.35V， 活化时间为9h， 制得析氢活化的 催化剂H(II)-NiFe-OH/NF-1。 对活化的催化剂的电化学性。

38、能进行测试， 制得催化剂具有优 异的催化活性， 具体的， 在10mA cm-2的条件下， O(I)-NiFe-OH/NF-1的过电位降低了75mV,H- NiFe-OH/NF-1的过电位降低了6.5mV。 0115 依据实施例6和7的方法组装电解池和自供能系统， 分别对电解池进行线性扫描测 试以及自供能系统在电解水过程中， 电解池分解电压为1.55伏特。 0116 实施例9 0117 采用与实施例4相同的方法对催化剂进行活化处理， 不同的是： 析氧活化处理时， 施加的析氧活化过电位为0.5V， 活化时间为9h， 制得析氧活化的催化剂O(III)-NiFe-OH/ NF-1； 析氢活化处理时， 。

39、施加的析氢活化过电位为-0.45V， 活化时间为11h， 制得析氢活化的 催化剂H(III)-NiFe-OH/NF-1。 对活化的催化剂的电化学性能进行测试， 所制得的催化剂具 有优异的催化活性， 具体地， 在10mA cm-2的电流密度条件下， O(I)-NiFe-OH/NF-1的过电位 降低了77mV， H-NiFe-OH/NF-1的过电位降低了6mV。 0118 依据实施例6和7的方法组装电解池和自供能系统。 分别对电解池进行线性扫描测 试以及自供能系统在电解水过程中， 电解池分解电压为1.54伏特。 0119 实施例10 0120 采用与实施例4相同的方法对催化剂进行活化处理， 不同的。

40、是： 析氧活化处理时， 施加的析氧活化过电位为0.7V， 活化时间为15h， 制得析氧活化的催化剂O(IV)-NiFe-OH/ NF-1； 析氢活化处理时， 施加的析氢活化过电位为-0.5V， 活化时间为5h， 制得析氢活化的催 化剂H(IV)-NiFe-OH/NF-1。 对活化的催化剂的电化学性能进行测试， 结果催化剂活性改善 不明显， 在10mA cm-2的条件下， 析氧活化处理后的过电位降低23mV， 析氢活化处理后过电位 降低1.5mV。 0121 分别依据实施例6和7相同的方法组装电解池D3和自供能系统D3， 分别对电解池进 行线性扫描测试以及自供能系统在电解水过程， 电解池分解电压。

41、为1.58伏特。 说明书 7/8 页 10 CN 111313041 A 10 0122 实施例11 0123 采用与实施例6和7相同的方法组装电解池D4和自供能系统D4， 不同的是： 采用未 经活化的NiFe-OH/NF-1作为电解池的电极。 分别对电解池进行线性扫描测试以及自供能系 统在电解水过程中， 电解池分解电压为1.60伏特。 0124 对比例5 0125 采用与实施例6相同的方法组装电解池， 不同的是： 以实施例4所提供的催化剂O (I)-NiFe-OH/NF-1为阳极， 以未经析氢活化处理的NiFe-OH/NF-1为阴极， 构成电解池A1。 0126 采用上述电解池进行电解水， 。

42、并对电解池进行线性扫描测试， 电解池在10mA cm-2 的电流密度下具有1.59伏特的水分解电压。 0127 对比例1 0128 按照实施例1的方法制备镍铁氢氧化物电催化剂， 不同的是： 铁盐的用量为4mol/ L， NH4F的用量为6mol/L， 尿素的用量为5mol/L。 制得催化剂NiFe-OH/NF-D1， 其中， 电催化剂 中， 铁的含量为22.56wt， 镍的含量为15.63wt， 氧的含量为61.76wt， 氟的含量为 0.05wt。 0129 按照实施例4所示的方法对催化剂NiFe-OH/NF-D1进行析氧活化处理和析氢活化 处理。 对活化的催化剂进行电化学性能测试， 结果催。

43、化剂活性未能明显改善， 在10mA cm-2的 条件下， 析氧活化处理后的过电位降低了10mV,析氢活化处理后过电位降低了0.8mV。 0130 分别依据实施例6和7的方法组装电解池D1和自供能系统D1， 分别对电解池进行线 性扫描测试以及自供能系统在电解水过程中， 电解池分解电压为1.66伏特， 相对于实施例 6， 由于电解池电解所用催化剂的活性未得到改善， 导致采用其作为电极的电解池在电解水 所需要的最低分解电压增加， 锌空气电池无法驱动电解水， 自供能系统无法实现电解水制 H2的效果。 0131 对比例2 0132 按照实施例1的方法制备镍铁氢氧化物电催化剂， 不同的是： 不添加NH4F。

44、。 制得催 化剂NiFe-OH/NF-D2， 其中， 催化剂中， 铁的含量为11.84wt， 镍的含量为44.93wt， 氧的 含量为43.23wt。 0133 按照实施例4所示的方法对催化剂NiFe-OH/NF-D2进行析氧活化处理和析氢活化 处理。 对活化的催化剂进行电化学性能测试， 结果催化剂活性有所降低， 在10mA cm-2的条件 下， 析氧活化处理后的过电位增加了20mV， 析氢活化处理后过电位增加了15mV。 0134 依据实施例6和7的方法组装电解池D2和自供能系统D2， 分别对电解池进行线性扫 描测试以及自供能系统在电解水过程中， 电解池分解电压为1.8伏特。 相对于实施例6。

45、， 由于 电解池电解所用催化剂的活性未得到改善， 导致采用其作为电极的电解池在电解水所需要 的最低分解电压增加， 锌空气电池无法驱动电解水， 自供能系统无法实现电解水制H2的效 果。 0135 以上详细描述了本发明的优选实施方式， 但是， 本发明并不限于此。 在本发明的技 术构思范围内， 可以对本发明的技术方案进行多种简单变型， 包括各个技术特征以任何其 它的合适方式进行组合， 这些简单变型和组合同样应当视为本发明所公开的内容， 均属于 本发明的保护范围。 说明书 8/8 页 11 CN 111313041 A 11 图1 图2 图3 说明书附图 1/2 页 12 CN 111313041 A 12 图4 说明书附图 2/2 页 13 CN 111313041 A 13 。