[發明專利]一種水電解制氫用高效長壽命多孔鎳鉬合金的制備方法

在審

• 申請號: 201910560270.0
• 申請日: 2019-06-26
• 公開（公告）號: CN110219016A
• 公開（公告）日: 2019-09-10
• 發明（設計）人: 葉志國;商鵬飛;吳顯通;彭新元;周益帆;王昕;孫學梅;李多生
• 申請（專利權）人: 南昌航空大學
• 主分類號: C25B11/04
• 分類號: C25B11/04;B22F3/10;B22F3/11;C22C27/04;C25B1/04;C25B11/03
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所 36122
• 代理人: 張文杰

一種水電解制氫用高效長壽命多孔鎳鉬合金的制備方法采用粉末冶金氣氛燒結法，Mg粉為造孔劑，將不同含量配比的超細Ni、Mo粉末和Mg粉通過球磨后壓制成型，通過高溫氣氛燒結制成多孔鎳鉬合金。本發明多孔鎳鉬合金具有三維開孔結構、高滲透性、比表面積大的優點，并且在堿性溶液中長期析氫過程，在其表面能夠形成高催化性能的多元復合氫氧化物活性位點，適用于水電解制氫用析氫電極。

技術領域

本發明涉及一種水電解制氫用高效長壽命多孔鎳鉬合金的制備方法，具體屬于多孔鎳鉬合金材料技術領域。

背景技術

貴金屬（Pt）在氫氣析出反應中由于起峰電位接近零毫伏，展現出了超高的電化學活性而被研究人員廣泛應用于電解水制氫，但是從節約成本的角度上來看，這些貴金屬元素價格昂貴而且在地球上的儲量有限，無法實現可持續發展的道路，開發性能優異的廉價催化劑成為了近年來的研究熱點。近年來人們廣泛研究了過渡族金屬的合金、硫化物、氮化物、碳化物、磷化物以及氫氧化物等廉價易得的析氫催化劑性能，如Ni、Fe、Co和Mo基及其相應的化合物等析氫催化劑。這些過渡族金屬及其化合物具有成本低廉、資源充沛、易和成、環境友好等優點。但是仍存在導電性差、活性位點少、穩定性差等問題，因而限制了其代替Pt貴金屬催化劑，不能實現商業化應用。目前，水電解析氫用賤金屬催化劑電極的制備通常采用傳統絕緣的粘結劑固定活性物質或直接將活性物質沉積在基體上面，導致電極活性物質導電性能進一步降低、電解液與活性物質的接觸面積減少、強析氫條件下活性物質易從基體脫落等，使得電極的電催化活性和穩定性仍然很難滿足水電解制氫用析氧電極的實際使用要求。另外，采用真空或氣氛（本項目采用方法屬于氣氛燒結）燒結法制備多孔賤金屬催化劑電極近年來發展迅速，由于燒結方法和造孔劑的限制，很難獲得超細孔隙，使得電極的比表面積不大，析氫電催化活性仍然偏低。

為使低成本過渡族金屬合金滿足水電解用析氫陰極的要求，電極必須同時具備導電性能好、比表面積大、析氫過電位低、電催化活性高、長壽命、低成本和綠色環保等指標，才可能實現大規模應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有三維多孔結構、高滲透性、比表面積大和導電性性能優異的多孔鎳鉬合金及其制備方法，以解決上述背景技術中提出的技術問題。為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種水電解制氫用高效長壽命多孔鎳鉬合金的制備方法包括以下步驟：

步驟1：鎳、鉬按1~8∶1~4的原子比計，將鎳、鉬的粉末按比例配好，并加入Mg粉作為造孔劑，采用壓片機壓制成坯，其中壓制壓力為500~1000MPa，保壓時間為10~60秒；所述的Mg粉的加入量為鎳、鉬的粉末總質量的1%~25%；

步驟2：將步驟1壓制成的樣坯放置于氧化鋁坩堝內，其后放入管式燒結爐中；管式燒結爐內充入純度為99.999%的氬氣，然后進行高溫氣氛燒結，得到多孔鎳鉬合金；燒結工藝具體為：以10~60℃/min的升溫速率加熱至900~1200℃，保溫30~60min；

步驟3：關閉管式燒結爐，隨管式燒結爐冷卻至室溫，獲得電解水制氫用多孔鎳鉬合金。

所述的多孔鎳鉬合金的孔隙率為10%~50%，孔徑為1~200μm。

本發明的有益效果：

(1) 本發明采用粉末冶金氣氛燒結法，使用Mg粉為造孔劑，將不同含量配比超細Ni、Mo粉和Mg粉通過球磨后壓制成型，通過高溫（>800 ℃）氣氛燒結制成多孔鎳鉬合金。該多孔鎳鉬合金具有三維多孔結構、高滲透性、高催化活性、比表面積大、導電性性能優異等優點，并且在堿性溶液中長期析氫過程中能夠在其孔表面能夠形成高催化性能的多元復合氫氧化物活性位點，適用于水電解制氫用析氫電極。