[發(fā)明專利]基于過渡金屬離子改性堿金屬鈦酸鹽析氫電極的制備方法

有效

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• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108315754B
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李長明;杜洪方;趙志亮
• 申請（專利權(quán)）人: 西南大學(xué)
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/06
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11228
• 代理人: 武君

本發(fā)明公開了一種基于過渡金屬離子改性堿金屬鈦酸鹽析氫電極的制備方法，包括以下步驟：1）將鈦源與強(qiáng)堿溶液經(jīng)過水熱反應(yīng)得到堿金屬鈦酸鹽；2）將步驟1）制備的堿金屬鈦酸鹽用純水洗凈，在大量純水中靜置；3）將步驟2）處理得到的堿金屬鈦酸鹽分離，加入到含有過渡金屬鹽的水溶液中，經(jīng)過水熱反應(yīng)得到過渡金屬離子改性的堿金屬鈦酸鹽；4）將步驟3）中的沉淀洗滌、干燥得到過渡金屬離子改性堿金屬鈦酸鹽析氫電極。本發(fā)明制備的過渡金屬離子改性堿金屬鈦酸鹽析氫電極具有優(yōu)良的電解水析氫催化性能和長期穩(wěn)定性，可替代昂貴的鉑和鉑系貴金屬析氫電極，用于工業(yè)化電解水制備氫氣，具備較高的實(shí)用價(jià)值，并且本發(fā)明的原料來源廣泛、價(jià)格低廉、制備方法簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電解水析氫電極的制備方法，具體涉及一種基于過渡金屬離子改性堿金屬鈦酸鹽析氫電極的制備方法。

背景技術(shù)

電解水是制備氫氣的重要方法，析氫反應(yīng)是電解水的主要反應(yīng)之一。鉑和鉑系貴金屬電極是目前電解水析氫反應(yīng)傳統(tǒng)的電極也是最常用的電極，但這類貴金屬電極價(jià)格昂貴，且貴金屬資源稀缺，這嚴(yán)重限制了大規(guī)模使用貴金屬電極作為電解水析氫催化劑，從而阻礙了工業(yè)化電解水制氫的發(fā)展。

針對鉑和鉑系貴金屬電極價(jià)格昂貴、資源有限等缺點(diǎn)，近年來研究發(fā)現(xiàn)一些非貴金屬化合物具有一定的析氫性能，比如二硫化鉬、雜原子摻雜的碳材料等。但基于非貴金屬的二硫化鉬和雜原子摻雜的碳材料析氫電極使用效果不理想，電解水析氫過電位通常較高，這增加了電解水制氫的電能消耗，造成了氫氣制備成本上升。且硫化鉬的制備過程中會產(chǎn)生有毒害的硫化氫氣體；而雜原子摻雜的碳材料需要在高溫煅燒條件下才能合成，能耗非常大。二硫化鉬和雜原子摻雜的碳材料的合成方法苛刻，不利于生態(tài)環(huán)境的安全，難以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，加之析氫催化活性又不是特別高，根本不可能用于代替鉑和鉑系貴金屬電極用于電解水制氫。

因此，研究一種基于廉價(jià)材料，且析氫催化活性高、穩(wěn)定可靠、制備步驟簡單的電解水析氫電極顯得十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于過渡金屬離子改性堿金屬鈦酸鹽析氫電極的制備方法，該電極具有優(yōu)良的電解水析氫性能和長期穩(wěn)定性，并且原材料來源豐富、制備方法簡單、價(jià)格低廉。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的基于過渡金屬離子改性堿金屬鈦酸鹽析氫電極的制備方法，包括以下步驟：

1）將鈦源與強(qiáng)堿溶液經(jīng)過水熱反應(yīng)得到堿金屬鈦酸鹽；

2）將步驟1）制備的堿金屬鈦酸鹽用純水洗凈，在大量純水中靜置；

3）將步驟2）處理得到的堿金屬鈦酸鹽分離，加入到含有過渡金屬鹽的水溶液中，經(jīng)過水熱反應(yīng)得到過渡金屬離子改性的堿金屬鈦酸鹽；

4）將步驟3）中的沉淀洗滌、干燥以后所得到的產(chǎn)物即為過渡金屬離子改性堿金屬鈦酸鹽析氫電極。

進(jìn)一步，所述步驟1）中，鈦源為金屬鈦、鈦鹽或含鈦化合物。更進(jìn)一步，所述鈦鹽為二氧化鈦、三氧化二鈦、鈦酸、三氯化鈦、四氯化鈦或硫酸鈦，所述含鈦化合物為含鈦合金、鈦酸四乙酯、鈦酸四異丙酯或鈦酸四丁酯。

進(jìn)一步，所述步驟1）中，強(qiáng)堿為氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化鋰或氨水，強(qiáng)堿溶液的摩爾濃度為1~15 M。

進(jìn)一步，所述步驟1）中，水熱反應(yīng)的溫度為25~200℃，水熱反應(yīng)的時(shí)間為6~72h。

進(jìn)一步，所述步驟2）中，用純水對所制備的堿金屬鈦酸鹽洗滌5~10次，然后在大量純水中靜置6~24h。