鎳鐵復合氫氧化物析氧陽極的制備及其在電解碳酸鈉中的應用研究.pdf

1、碳酸鈉電解在堿溶-碳分法生產氧化鋁以及CO2的解吸中都有重要的應用，電解過程中不僅產生常規(guī)水電解所得的氫氣和氧氣，而且分別在陽極室和陰極分別得到NaHCO3和NaOH。其中NaHCO3可以碳分鋁土礦溶出液制備氫氧化鋁或析出高濃度CO2，NaOH可用于鋁土礦的溶解或者捕獲低濃度CO2，從而構成工藝的循環(huán):另外，電解產生的氫氣在未來氫能時代也有重要的應用。然而，相比于強堿性溶液，碳酸鈉溶液中的析氧動力學性能差，通常需要較高的析氧電位，增加了

2、能耗，因此設計和制備一種具有高活性的析氧陽極材料，降低碳酸鈉的電解能耗至關重要。本文采用原位沉淀法和電沉積法分別在導電碳基底和泡沫鎳基底上負載了高析氧活性Ni-Fe復合氫氧化物納米片，并將其應用于碳酸鈉電解，主要研究內容如下:
　　本文首先采用原位沉淀法制備了NiFe(OH)/C/Nifoam復合電極，并考察了其在1 M KOH溶液中的析氧催化性能，主要研究了不同比例鎳鐵金屬前驅體鹽、不同的熱處理溫度和不同金屬負載量等因素對電極的

3、析氧性能影響，結果表明當Ni、Fe金屬鹽比例為5∶3、熱處理溫度為150℃以及金屬鹽/碳質量比為7∶5時所制備的電極具有較優(yōu)的析氧催化性能。
　　其次，本文采用電沉積法在高導電性的泡沫鎳基底上快速生長了NiFe(OH)x超薄納米片。主要考察了電沉積電流密度、電沉積時間、電沉積時的電量等電沉積參數以及電沉積液的pH和金屬鹽陰離子的改變對所制備的NiFe(OH)x/Nifoam電極析氧催化性能的影響。實驗結果表明，在硫酸鹽體系中，當p

4、H=4時，電沉積電流密度為200 mA cm-2時電沉積360 s所制備的NiFe(OH)x/Nifoam電極具有最佳的催化析氧性能。SEM結果表明該電極表面形成的由超薄NiFe(OH)x納米片(2-4nm)組裝成的多孔道納米花結構，不僅大大增加了電極表面催化析氧活性位點，而且有利于氧氣的析出。在0.5 M Na2CO3/NaHCO3混合溶液中，在100 mA cm-2的電流密度下，相比于商業(yè)RuO2/Ti電極，NiFe(OH)x/Ni

5、fom電極的析氧電位降低了290 mV。在1M NaOH溶液中電化學極化控制區(qū)的Tafel斜率僅為28 mV dec-1，10 mA cm-2的工作電流密度下，電極的析氧過電位為254 mV，與文獻中報道的最優(yōu)結果相當。在氯化鹽溶液中，當電沉積條件為200 mA cm-2-60s時所制備的電極具有最佳的析氧催化性能，與硫酸鹽中NiFe(OH)x/Nifoam電極的最佳析氧催化性能相當。
　　最后，將上述NiFe(OH)x/Nifo

6、am電極作為析氧陽極材料應用于碳酸鈉的電解中，降低了槽壓，節(jié)省了能耗。在1.5 M碳酸鈉溶液的電解中，相比于商業(yè)RuO2/Ti陽極電解，NiFe(OH)x/Nifoam陽極的槽壓減少了230 mV。在0.75 M Na2CO3/NaHCO3混合溶液電解的過程中，相比于商業(yè)RuO2/Ti陽極，NiFe(OH)x/Nifoam陽極電解的槽壓降低了280mV，電解后溶液的滴定分析表明陽極酸化效率達到了93.6％，陰極堿化效率到達了87.8％。