[發明專利]在鋼鐵表面制備CNTs-多孔鎳/氧化鎳析氫反應催化劑的方法

有效

• 申請號: 201611128354.X
• 申請日: 2016-12-09
• 公開（公告）號: CN106591926B
• 公開（公告）日: 2018-10-02
• 發明（設計）人: 田棟;劉賽賽;鄭瑤瑤;黃太仲;夏方詮;周長利
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: C25D15/00
• 分類號: C25D15/00;C25B11/03;C25B11/06;C25B1/04
• 代理公司: 濟南譽豐專利代理事務所(普通合伙企業) 37240
• 代理人: 李茜

在鋼鐵表面制備CNTs?多孔鎳/氧化鎳析氫反應催化劑的方法，本發明涉及一種用作堿性溶液電解析氫反應催化劑的制備方法。本發明是要解決目前在堿性溶液中非貴金屬析氫反應催化劑性能較差的問題。在鋼鐵表面制備CNTs?多孔鎳/氧化鎳析氫反應催化劑的方法：(1)鎳銅合金?CNTs復合電鍍溶液的配制；(2)銅浸出液的配制；(3)鋼鐵前處理；(4)在鋼鐵表面制備CNTs?鎳銅合金；(5)在鋼鐵表面制備CNTs?多孔鎳；(6)在鋼鐵表面制備CNTs?多孔鎳/氧化鎳，在鋼鐵表面制備出具有良好析氫反應催化活性的CNTs?多孔鎳/氧化鎳復合催化層，有利于電解析氫反應非貴金屬催化劑性能的提高。

技術領域

本發明屬于析氫反應催化劑的制備領域，涉及一種在鋼鐵表面制備用于堿性溶液電解析氫的CNTs-多孔鎳/氧化鎳析氫反應催化劑的方法。

背景技術

電解水制備高純氫氣是工業制氫的重要手段，其中在堿性溶液中電解制氫研究的更為成熟，應用也更為廣泛。在堿性溶液中電解制氫的原理就是以氫氧化鈉作為導電鹽，堿性溶液中的水分子在陰極還原生成氫原子和氫氧根，氫氧根在陽極發生氧化，生成水分子和氧原子，在陰極還原生成的氫原子將會繼續相互結合，最終以氫氣的形式釋放出來。因此，在電解制氫的過程中，陰極析氫反應催化劑的選擇至關重要，不僅會影響水分子還原生成氫原子和氫氧根的反應活化能，而且可以決定氫原子相互結合析出氫氣的動力學參數。良好的陰極析氫反應催化劑可以降低水分子還原生成氫原子和氫氧根的反應活化能，也就是提高電荷轉移步驟的電化學可逆性，降低析氫過程的電化學極化。正因為如此，選擇合適的陰極析氫反應催化劑可以提高電解制氫過程中能量轉換的效率，避免電能轉換為熱能釋放出去，從而降低析氫過程的能耗。

然而，目前的析氫反應催化劑中最為有效、可靠的材料是貴金屬鉑，雖然其可以降低電解析氫的活化能從而節省電能成本，但高企的價格又使得生產企業無力購買。因此，選擇有利于降低析氫過程電化學極化的析氫催化劑從而降低能耗，與選擇析氫過程電化學極化略大但能降低催化劑投入成本的非貴金屬催化劑成為電解制氫領域必須面臨的抉擇。因此，若能制備出析氫過電位低，而且催化劑投入成本也很低的非貴金屬析氫反應催化劑，將能克服電解制氫無法回避的技術難題。

在眾多非貴金屬析氫反應催化劑中，鎳具有較好的催化活性，同時價格適中，因此特別受到電解制氫領域的青睞。然而，其催化活性仍不能滿足要求，析氫過電位與貴金屬鉑相比仍然存在較大差距。因此，目前很多科研機構都對用作電解制氫領域的鎳基催化材料產生了濃厚的興趣，在鎳基金屬材料的制備改性方面做了很多工作。如果能從幾何因素以及能量因素兩方面同時對鎳基催化劑進行改性的話，制備出催化面積大、電解析氫活化能低的新型鎳基催化劑，對析氫反應催化劑的制備領域以及電解制氫領域都將產生深遠的影響。

發明內容

本發明是要解決目前用于堿性溶液電解析氫的非貴金屬析氫反應催化劑析氫活化能較高、能量轉換效率較低的問題，而提供一種在鋼鐵表面制備用于堿性溶液電解析氫的CNTs-多孔鎳/氧化鎳析氫反應催化劑的方法。

本發明的在鋼鐵表面制備CNTs-多孔鎳/氧化鎳析氫反應催化劑的方法按照以下步驟進行：

(1) 鎳銅合金-CNTs復合電鍍溶液的配制：a. 稱取0.1~2.0 g的十六烷基三甲基溴化銨，加入到800 mL去離子水中，在室溫下攪拌20 min之后，加入0.2~1.0 g的碳納米管；b. 在25 ℃下攪拌0.5 h之后采用超聲波細胞粉碎機處理1.5 h；c. 重復步驟b 1~5次；d.按照檸檬酸銨的濃度為35~65 g/L、酒石酸鉀鈉的濃度為5~30 g/L、硫酸鎳的濃度為8~50g/L、硫酸銅的濃度為2~25 g/L的比例，將檸檬酸銨、酒石酸鉀鈉、硫酸鎳和硫酸銅依次加入步驟c處理之后的溶液，調整pH為7.5~8.5，完成鎳銅合金-CNTs復合電鍍溶液的配制；

(2) 銅浸出液的配制：e. 將10~100 mL的硫酸和10~120 g的硫脲在40~70 ℃的溫度下溶于700mL去離子水中，定容至1 L，完成銅浸出液的配制；