[發(fā)明專利]一種雙層鎳陣列結(jié)構(gòu)的電極催化材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810877024.3
• 申請(qǐng)日: 2018-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN108998809B
• 公開（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喻發(fā)全;劉怡恒;王建芝;薛亞楠;蔡寧;諶偉民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 武漢工程大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/06
• 分類號(hào): C25B11/06;C25B1/04;C25D5/14;C25D3/12
• 代理公司: 浙江千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本發(fā)明公開了一種雙層鎳陣列結(jié)構(gòu)的電極催化材料及其制備方法和應(yīng)用。本發(fā)明的電極催化材料，包括泡沫鎳，電沉積于所述泡沫鎳表面的第一鎳陣列和電沉積于所述第一鎳陣列表面的第二鎳陣列。本發(fā)明的制備方法包括如下步驟：步驟（1）將泡沫鎳浸入包含鎳鹽的第一電沉積液中進(jìn)行電沉積反應(yīng)；（2）將步驟（1）所得的產(chǎn)物浸入包含鎳鹽的第二電沉積液中進(jìn)行電沉積反應(yīng)得雙層鎳陣列結(jié)構(gòu)的電極催化材料。該方法采用泡沫鎳為基底，耐腐蝕性好，采用電沉積的方法制備，表面活性物質(zhì)與基底的結(jié)合力好；鎳基金屬價(jià)格低廉，堿性條件下催化性能穩(wěn)定，且制備工藝簡(jiǎn)單。本發(fā)明所制備的電極材料具有較大的電化學(xué)活性面積，極大地提高了材料的催化活性和穩(wěn)定性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電解水催化析氫技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雙層鎳陣列結(jié)構(gòu)的電極催化材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

氫氣作為一種重要的化工原料一直以來受到廣泛關(guān)注，氫氣被廣泛的應(yīng)用在石油加工，工業(yè)合成氨，金屬冶煉等多個(gè)領(lǐng)域，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)起著舉足輕重的作用。近年來，隨著石油和煤等不可再生的化石能源日漸枯竭，同時(shí)其燃燒產(chǎn)物二氧化碳等溫室氣體大量排放所帶來的“溫室效應(yīng)”日益加劇，世界各國(guó)都把研究的重心轉(zhuǎn)向了新能源的研發(fā)。氫氣作為一種可儲(chǔ)存、無污染、可再生的優(yōu)質(zhì)能源，受到全球范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注。目前普遍使用天然氣裂解重整的方法制備氫氣，這樣就不可避免的會(huì)大量使用化石燃料并排放溫室氣體，無法真正實(shí)現(xiàn)“綠色清潔生產(chǎn)”。目前利用可再生電池（通過風(fēng)能、太陽能等轉(zhuǎn)化得到）直接電解制備氫氣被認(rèn)為是一種可持續(xù)發(fā)展的制備綠色能源的方法。對(duì)于電解制氫工業(yè)而言，其發(fā)展主要受到成本較高的制約，電解制氫發(fā)展的瓶頸就在于高的能耗，低的能量轉(zhuǎn)化效率，而具有高催化活性的陰極析氫電極材料對(duì)降低電解制氫能耗，提高能量轉(zhuǎn)化效率起著重要作用，因此設(shè)計(jì)和制備新型的陰極催化析氫材料對(duì)電解制氫的工業(yè)化應(yīng)用具有重大意義。

通過合理設(shè)計(jì)析氫電極催化材料可降低析氫過電位，降低氫氣生產(chǎn)的能耗和成本。優(yōu)異的析氫電極除了優(yōu)異的材料本身的催化析氫活性外，還應(yīng)具備以下特點(diǎn)：大的比表面積；在強(qiáng)堿性溶液中有較好的耐腐蝕性，能夠長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定工作；低的制造維修成本等。由于電沉積自身的特點(diǎn)，通過在電沉積過程中調(diào)控沉積條件，可以調(diào)節(jié)材料的比表面積；同時(shí)生產(chǎn)成本低，適于大規(guī)模生產(chǎn)。鎳基材料在堿性溶液中表現(xiàn)出優(yōu)良的耐腐蝕性能，因此合理的設(shè)計(jì)鎳基材料，提高材料催化活性，對(duì)于降低電解制氫生產(chǎn)成本和能耗方面有著積極意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提出一種催化性能高和穩(wěn)定的雙層鎳陣列結(jié)構(gòu)的電極催化材料及工藝簡(jiǎn)單的制備方法和應(yīng)用。

本發(fā)明的一種雙層鎳陣列結(jié)構(gòu)的電極催化材料，包括泡沫鎳，電沉積于所述泡沫鎳表面的第一鎳陣列和電沉積于所述第一鎳陣列表面的第二鎳陣列。

本發(fā)明的如上述的一種雙層鎳陣列結(jié)構(gòu)的電極催化材料的制備方法包括如下步驟：步驟（1）將泡沫鎳浸入包含鎳鹽的第一電沉積液中進(jìn)行電沉積反應(yīng)；（2）將步驟（1）所得的產(chǎn)物浸入包含鎳鹽的第二電沉積液中進(jìn)行電沉積反應(yīng)得雙層鎳陣列結(jié)構(gòu)的電極催化材料。

優(yōu)選的，步驟（1）之前還包括依次采用在有機(jī)溶劑和酸溶液中對(duì)泡沫鎳進(jìn)行超聲預(yù)處理。

優(yōu)選的，所述預(yù)處理包括首先在甲醇、乙醇、四氫呋喃、氯仿中的一種或多種溶劑中浸泡超聲處理10～50min，然后再用稀鹽酸浸泡超聲10～50min，處理結(jié)束后用去離子水清洗3～5遍。

優(yōu)選的，所述泡沫鎳純度為99.8%以上，面密度為300～450g/m²。

優(yōu)選的，所述步驟（1）的電沉積液的鎳鹽的濃度為0.03～0.18mol/L，所述步驟（2）中的電沉積液的鎳鹽濃度為0.2～1.8mol/L。

優(yōu)選的，所述步驟（1）中的鎳鹽為硫酸鎳、硝酸鎳或氯化鎳，所述步驟（2）中的鎳鹽為硫酸鎳、氨基磺酸鎳或堿式碳酸鎳。