[發(fā)明專利]析氫活性陰極及其制備方法和包含所述析氫活性陰極的電解槽

有效

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• 申請日: 2016-09-14
• 公開（公告）號: CN107815703B
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發(fā)明（設計）人: 陸崖青;劉恒君;于昕;劉怡;吳小靜;高珊;王銳
• 申請（專利權）人: 藍星（北京）化工機械有限公司
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06
• 代理公司: 廣州華進聯(lián)合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 鄭小粵

技術領域

本發(fā)明涉及電化學技術領域，特別涉及一種析氫活性陰極及其制備方法，以及包含所述析氫活性陰極的電解槽。

背景技術

目前，析氫活性陰極普遍采用鎳基析氫活性陰極，鎳基析氫活性陰極的研究主要有四大類：鎳基合金系析氫電極、多孔鎳系析氫電極、鎳基貴金屬氧化物系析氫電極以及鎳基彌散復合系析氫電極。由于鎳基貴金屬氧化物系析氫電極在析氫反應過程中具有相對較高的電催化活性、選擇性和穩(wěn)定性。因此，長期以來對其的研究一直占據(jù)著主導地位。

氯堿工業(yè)用的鎳基貴金屬氧化物系析氫陰極多采用在鎳基材上涂覆貴金屬氯化物溶液，后經(jīng)高溫焙燒，最后在鎳基材表面形成催化物活性層制得。采用貴金屬氯化物溶液作為涂覆液，氯化物易在隨后的熱處理過程中分解生成氯氣，眾所周知，氯氣是一種有毒氣體，它主要通過呼吸道侵入人體并溶解在黏膜所含的水分里，生成次氯酸和鹽酸，對上呼吸道黏膜造成損傷；由食道進入人體的氯氣還會使人惡心、嘔吐、胸口疼痛和腹瀉，其對操作人員的身體危害較大。另外，鎳基貴金屬氧化物系析氫陰極通過熱處理形成電極催化劑層時，作為涂覆在鎳基材導電基底上的貴金屬化合物含有液，其成分需溶解性良好，且熱分解后的揮發(fā)物應不殘留在電極催化劑層中。然而，通常采用的氯化釕溶液所形成的電極催化劑層含有少量的氯化物，暴露在空氣中會導致電極催化劑層因氧化而劣化。且氯化釕在氫氣的還原性氣氛中容易被還原成金屬釕。金屬釕具有高超電壓，易使催化層從基材上剝離，從而使電極的穩(wěn)定性較差。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術存在的缺陷，提供一種析氫活性陰極及其制備方法和包含所述析氫活性陰極的電解槽。本發(fā)明的析氫活性陰極的制備方法，解決了采用氯化物作為涂覆液，分解出的氯氣對人體有較大傷害的缺陷，且制備的陰極穩(wěn)定性好，析氫電位低、壽命長，抗腐蝕性能以及電催化活性都有較大提高。

具體地，在本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種制備析氫活性陰極的方法，所述析氫活性陰極包含導電性基材和在所述導電性基材上的活性催化劑涂層，所述方法包括如下步驟：

(1)提供導電性基材；

(2)提供硝酸系金屬鹽的溶液，所述硝酸系金屬鹽包括貴金屬硝酸鹽和鑭系金屬硝酸鹽的混合物，其中在所述的混合物中，所述貴金屬硝酸鹽和所述鑭系金屬硝酸鹽的摩爾百分比為75％：25％-85％:15％；

(3)用所述硝酸系金屬鹽的溶液涂覆所述導電性基材以得到經(jīng)涂覆的導電性基材，在所述涂覆之前不進行空燒處理；

(4)熱處理所述經(jīng)涂覆的導電性基材以得到在所述導電性基材上的活性催化劑涂層。

在其中一個實施例中，步驟(2)中所述的貴金屬離子的濃度≥100克/升。

在其中一個實施例中，步驟(4)中所述的熱處理是包括如下階段的兩段式熱處理過程：

第一熱處理階段：在100℃至300℃的第一溫度下，在第一含氧氣氛中將所述經(jīng)涂覆的導電性基材燒付10分鐘至50分鐘以得到經(jīng)第一熱處理的導電性基材；和

第二熱處理階段：在300℃至600℃的第二溫度下，在第二含氧氣氛中將所述經(jīng)第一熱處理的導電性基材進一步燒付10分鐘至50分鐘以得到經(jīng)第二熱處理的導電性基材，其中所述第二溫度大于所述第一溫度。

在其中一個實施例中，所述導電性基材采用鎳絲網(wǎng)。

在其中一個實施例中，步驟(1)中的導電性基材是經(jīng)過預處理過程預處理的導電性基材，所述預處理過程包括如下步驟：

(i)去油清洗所述導電性基材以得到經(jīng)去油清洗的導電性基材；

(ii)使所述經(jīng)去油清洗的導電性基材表面通過噴砂粗糙化以得到經(jīng)表面粗糙化的導電性基材；

(iii)用質量分數(shù)為25重量％至30重量％的硫酸溶液在30℃至50℃的腐蝕溫度下對所述經(jīng)表面粗糙化的導電性基材進行蝕刻處理以得到經(jīng)蝕刻的導電性基材；和

(iv)清洗所述經(jīng)蝕刻的導電性基材。

在其中一個實施例中，所述貴金屬硝酸鹽包含硝酸釕，可選地還包含選自硝酸鈀、硝酸銥、硝酸鉑和硝酸銀中的一項或幾項的組合。其中，“可選地”意味著所述貴金屬硝酸鹽也可以僅包含硝酸釕，而不包含其他貴金屬硝酸鹽。

在其中一個實施例中，所述鑭系金屬硝酸鹽包含硝酸鈰，可選地還包含硝酸鑭和硝酸鐠中的一項或兩項的組合。其中，“可選地”意味著所述鑭系金屬硝酸鹽也可以僅包含硝酸鈰，而不包含其他鑭系硝酸鹽。

在其中一個實施例中，所述硝酸系金屬鹽的溶液的酸度范圍控制在100克/升至300克/升。