本發(fā)明屬于新能源材料，具體涉及一種具有變色活性指示功能的電極及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、氫能因?yàn)槿紵裏犰矢摺⒘闾寂欧诺膬?yōu)點(diǎn)越來越受到科研和產(chǎn)業(yè)界關(guān)注。利用可再生能源(太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能等)發(fā)電驅(qū)動(dòng)水裂解產(chǎn)氫被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、最綠色的制氫途徑之一。

2、目前，水裂解產(chǎn)氫的研究開發(fā)工作都處于實(shí)驗(yàn)階段，在實(shí)驗(yàn)過程中具體電催化過程的分析需要依靠精細(xì)的原位譜學(xué)實(shí)驗(yàn)和理想的模擬計(jì)算來實(shí)現(xiàn)，然而外電場(chǎng)作用下復(fù)雜的固液界面工況催化過程很難被理論完全模擬出來，這也直接導(dǎo)致催化機(jī)制解析過程非?？菰铮宜馁M(fèi)的工作量異常巨大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有變色活性指示功能的電極，該電極能夠通過電催化反應(yīng)與變色技術(shù)的有機(jī)融合，不同電位加載下電極顏色的改變來直接反映催化反應(yīng)歷程，使得微觀復(fù)雜的電催化過程變得高度可視化，以直觀的顏色變化來呈現(xiàn)；本發(fā)明還提供了該具有變色活性指示功能的電極的制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明是針對(duì)基本的酸性her和oer電催化反應(yīng)涉及多步質(zhì)子耦合電子的電化學(xué)反應(yīng)，過程和機(jī)制分析復(fù)雜枯燥；過渡金屬體系負(fù)載貴金屬原子一體化電極使得酸性her/oer的微觀電化學(xué)過程可以通過簡(jiǎn)單直觀的視覺變化呈現(xiàn)出來；同時(shí)貴金屬離子提供與之匹配的吸附/活化位點(diǎn)，可以提高電極的催化活性。厘清和建立施加電壓－電極顏色－h(huán)er/oer電催化活性構(gòu)效關(guān)系將會(huì)推動(dòng)電催化基礎(chǔ)研究朝著智能化和信息化方向發(fā)展。

4、具體的，一種具有變色活性指示功能的電極的制備方法，包括如下步驟：

5、1)將金屬源前驅(qū)體溶于溶劑中，再與貴金屬攪拌，混合均勻，得到混合物；

6、2)將導(dǎo)電基底放置至步驟1)中的混合物中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到前端產(chǎn)物；

7、3)對(duì)步驟2)的前端產(chǎn)物進(jìn)行熱處理，得到具有變色活性指示功能的電極。

8、在某些具體實(shí)施方式中，步驟1)中所述金屬前驅(qū)體為氯化鎢、氯化鉬、氯化鐵、氯化鈷、氯化鉻、氯化鎳、氯化釩的一種或多種；所述貴金屬為pt、ru或ir的一種或多種。

9、在某些具體實(shí)施方式中，所述金屬源前驅(qū)體和貴金屬的質(zhì)量比為(3-5)：(1-2)；

10、在某些具體實(shí)施方式中，步驟1)中所述溶劑為乙醇、去離子水中的一種或者其混合物。

11、在某些具體實(shí)施方式中，步驟2)中所述導(dǎo)電基底為ito或fto中的一種。

12、在某些具體實(shí)施方式中，步驟2)中所述水熱反應(yīng)的工藝條件為：以5-10℃/min的升溫速率升至140-180℃維持反應(yīng)12-24h。

13、在某些具體實(shí)施方式中，步驟3)中所述熱處理的工藝條件為；在還原性氣氛或惰性氣氛下，采用2-10℃/min的升溫速率升至100-200℃維持反應(yīng)1-2h。

14、在某些具體實(shí)施方式中，還包括對(duì)水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、分離和干燥處理。

15、本發(fā)明的主要目的在于還提供了一種具有變色活性指示功能的電極，所述電極包括導(dǎo)電基底，所述導(dǎo)電基底上設(shè)置有負(fù)載貴金屬的過渡金屬氧化物。

16、本發(fā)明的主要目的在于還提供了一種具有變色活性指示功能的電極在電化學(xué)催化過程中的應(yīng)用。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)：

18、1)本發(fā)明所提供的具有活性指示功能的電極，包括導(dǎo)電基底，該導(dǎo)電基底上設(shè)置有負(fù)載貴金屬m的過渡金屬氧化物，其主要用于酸性her和oer催化反應(yīng)，該電極能夠通過顏色的變化直接反映催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程，助于研究人員系統(tǒng)地建立施加電壓-電極顏色-電催化活性之間的構(gòu)效關(guān)系，從而使得微觀復(fù)雜的電解水反應(yīng)變得透明化和可視化，推動(dòng)電催化基礎(chǔ)研究朝著智能化和信息化方向發(fā)展。

19、2)本發(fā)明所提供的具有變色活性指示功能的電極的制備方法，原材料易得，工藝步驟簡(jiǎn)單，重復(fù)穩(wěn)定性高，通過水熱法和熱處理，構(gòu)建了合理的過渡金屬氧化物負(fù)載貴金屬電致變色電極，活性高且穩(wěn)定性好，適合推廣應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種具有變色活性指示功能的電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有變色活性指示功能的電極的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述金屬前驅(qū)體為氯化鎢、氯化鉬、氯化鐵、氯化鈷、氯化鉻、氯化鎳、氯化釩的一種或多種；所述貴金屬為pt、ru或ir的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的具有變色活性指示功能的電極的制備方法，其特征在于，所述金屬源前驅(qū)體和貴金屬的質(zhì)量比為(3-5)：(1-2)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有變色活性指示功能的電極的制備方法，其特征在于，步驟1)中所述溶劑為乙醇、去離子水中的一種或者其混合物。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有變色活性指示功能的電極的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述導(dǎo)電基底為ito或fto中的一種。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有變色活性指示功能的電極的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述水熱反應(yīng)的工藝條件為：以5-10℃/min的升溫速率升至140-180℃維持反應(yīng)12-24h。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有變色活性指示功能的電極的制備方法，其特征在于，步驟3)中所述熱處理的工藝條件為；在還原性氣氛或惰性氣氛下，采用2-10℃/min的升溫速率升至100-200℃維持反應(yīng)1-2h。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的具有變色活性指示功能的電極的制備方法，其特征在于，還包括對(duì)水熱反應(yīng)后的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌、分離和干燥處理。

9.一種根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的具有變色活性指示功能的電極，其特征在于，所述電極包括導(dǎo)電基底，所述導(dǎo)電基底上設(shè)置有負(fù)載貴金屬的過渡金屬氧化物。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求9所述的具有變色活性指示功能的電極在電化學(xué)催化過程中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有變色活性指示功能的電極的制備方法，包括如下步驟：1)將金屬源前驅(qū)體溶于溶劑中，再與貴金屬攪拌，混合均勻，得到混合物；2)將導(dǎo)電基底放置至步驟1)中的混合物中，進(jìn)行水熱反應(yīng)，得到前端產(chǎn)物；3)對(duì)步驟2)的前端產(chǎn)物進(jìn)行熱處理，得到具有變色活性指示功能的電極。本發(fā)明所提供的具有活性指示功能的電極，包括導(dǎo)電基底，該導(dǎo)電基底上設(shè)置有負(fù)載貴金屬M(fèi)的過渡金屬氧化物，該電極能夠通過顏色的變化直接反映催化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程，助于研究人員系統(tǒng)地建立施加電壓?電極顏色?電催化活性之間的構(gòu)效關(guān)系，從而使得微觀復(fù)雜的電解水反應(yīng)變得透明化和可視化，推動(dòng)電催化基礎(chǔ)研究朝著智能化和信息化方向發(fā)展。

技術(shù)研發(fā)人員：陳志剛,蔣亞萍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：重慶理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2