[發明專利]電催化氧化氨的鎳基或鈦基催化電極的制備方法

無效

• 申請號: 201010186202.1
• 申請日: 2010-05-28
• 公開（公告）號: CN101831666A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 鐘澄;程玉峰;姚珂;劉磊;沈彬;何美鳳;仵亞婷;胡文彬
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06
• 代理公司: 上海交達專利事務所 31201
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及的是一種電催化技術領域的制備方法，具體涉及到一種電催化氧化氨的鎳基或鈦基催化電極的制備方法。

背景技術

近年來，氨(NH₃)的電催化氧化研究得到了國內外研究學者的廣泛關注。一方面，氨是來自于農業和工業的主要污染物之一，如近年來，大量畜牧業方面的研究都報道了大氣中氨的排放迅速增長。氨的潛在負面影響包括水表層的富營養化，土壤的過度施肥，某些水生物種的滅絕以及對人體健康造成的傷害，通過電催化氧化氨可有效分解氨，降低氨在大氣中的排放。另一方面，氨是一種絕佳的富氫載體，同體積液氨含氫量是液體氫的1.7倍，同體積含能量是液體氫的1.5倍以上。此外，氨在室溫下即可液化，因此容易儲存和運輸。尤為值得一提的是，在堿性溶液中，在低過電位條件下，氨的電催化氧化反應的產物為氮氣和氫氣，不含NOx和COx。如Vitse?F.，et?al.，On?the?use?of?ammonia?electrolysis?for?hydrogen?production，Journal?of?Power?Sources，142(2005)18的研究報道指出，利用電催化氧化氨可制得高純度氫氣，且其消耗的能量要比電解水制氫低95％。

因此，采用電催化氧化技術分解氨，不僅可降低環境中的氨排放，還可簡便、低成本的產生氫氣這一清潔能源。正是基于以上優勢，這一領域近年來得到了廣泛關注。總體而言，氨的電催化氧化領域的進展取決于電催化氧化電極材料的發展。目前用于電催化氧化氨的電極材料主要是以純鉑為代表的貴金屬體系，如Rosca，V.et?al.，Electrocatalytic?oxidation?ofammonia?on?Pt(111)and?Pt(100)surfaces.Physical?Chemistry?Chemical?Physics?8(2006)2513的報道中分別采用了(111)單晶與(100)單晶的鉑作為電極材料，發現在堿性溶液中，鉑電極可有效將氨分解為氮氣和氫氣；又如Endo，K.，et?al.，Pt-Me?binary?alloys?as?an?ammoniaoxidation?anode，Electrochimica?Acta?49(2004)2503報道采用鉑基二元合金，如鉑銥，鉑釕等作為電極材料，在氫氧化鉀溶液中電催化氧化氨。但以上報道都采用純鉑或鉑基合金作為基板材料，而由于鉑的價格昂貴，資源匱乏，因此其成本過高，難以推廣普及。所以如何進一步降低催化電極的鉑用量是電催化氧化氨的技術領域中的需要解決的技術難題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種電催化氧化氨的鎳基或鈦基催化電極的制備方法。本發明大幅降低用于電催化氧化氨的催化電極的成本，以在堿性溶液中穩定的鎳或鈦作為基板，在其上通過電化學沉積方法制備少量而分散的貴金屬鉑，并使電催化氧化氨的催化電極具有良好的電催化氧化氨的性能。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明包括以下步驟：

步驟1、將鎳基板或鈦基板進行機械拋光處理，去除其表面氧化物。

步驟2、分別在乙醇和去離子水中進行超聲振蕩處理，去除其表面污染物。

步驟3、連接導線以制成電化學沉積過程中所使用的工作電極。

步驟4、由工作電極、對電極、參比電極組成三電極體系，以鉑電極作為對電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極，在水溶液中進行電化學沉積。

所述水溶液構成為：氯鉑酸：0.5～1mmol/L，硫酸：0.5～1mol/L，添加劑：10^-5～10^-4mmmol/L。

所述添加劑為自聚乙二醇、醋酸鉛、檸檬酸中的一種。

所述的電化學沉積的電流密度為1～2mA/cm²，沉積溫度為20～50℃，沉積時間為10～60分鐘。

步驟5、電化學沉積過程中向溶液中通入氮氣，最終制得以鎳或鈦為基板的用于電催化氧化氨的催化電極。

本發明的優點在于通過采用鎳或鈦作為基板，相比于以鉑為基板的催化電極而言，可大幅降低催化電極的成本。此外，通過電化學沉積方法在鎳基板或鈦基板表面沉積形成分散的鉑顆粒，可降低單位面積電極的鉑擔載量并有效增加其比表面積，提高了鉑的利用率和活性。采用本發明制備的催化電極在較低的鉑擔載量下，即可獲得接近甚至高于純鉑電極的電催化氧化氨性能，這對降低催化電極的成本有重要意義，且應用方法非常簡單。

附圖說明

圖1為經預處理后的鎳基板的掃描電子顯微(SEM)照片。