[發明專利]一種改性泡沫鎳負載貴金屬催化劑析氫電極及其制備方法

有效

• 申請號: 201910753997.0
• 申請日: 2019-08-15
• 公開（公告）號: CN110438528B
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 王遠強;顧燕芳;史軍輝;楊夢茹;芮一川
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: C25B11/054
• 分類號: C25B11/054;C25B11/061;C25B11/081;C25B11/03;C25B1/04;C25D11/34;C23C18/08;C23C18/04;B82Y40/00;B82Y30/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 顧艷哲

本發明涉及一種改性泡沫鎳負載貴金屬催化劑析氫電極及其制備方法，步驟為：(1)將泡沫鎳預處理；(2)以預處理的泡沫鎳作為陽極，以鉑片作為陰極，以銨鹽的醇水混合溶液為電解液，進行陽極氧化再處理，獲得改性泡沫鎳基體；(3)將改性泡沫鎳基體放置于含有貴金屬元素的前驅體均相溶液中，加熱處理，將貴金屬元素原位生長于改性泡沫鎳表面。本發明所用的泡沫鎳來源豐富，電極制備工藝簡單、可控，設備要求較低；制備得到的貴金屬催化劑顆粒尺寸較小，分散均勻且與基體結合牢固；貴金屬顆粒在改性泡沫鎳基體上的負載量較低，節省了原料成本；所制備的電極對水分解展現出優異的電催化析氫活性和穩定性，具有重要的應用前景。

技術領域

本發明屬于電催化析氫材料制備技術領域，具體涉及一種改性泡沫鎳負載貴金屬催化劑析氫電極及其制備方法。

背景技術

氫能因其來源廣泛、能量密度高、環境友好和可以再生等特點，已被廣泛認為是解決當前能源危機和環境污染的可替代清潔能源之一。在眾多的制氫技術中，電催化水分解析氫可以將電能轉化為穩定的化學能，能獲得純凈氫氣而不產生其它副產物，是可持續能源儲氫的一個極具競爭力的解決方案。在電催化水分解過程中需要高效的催化劑來降低析氫反應過電位，提高催化反應速率，因此研究析氫催化劑電極材料對推動氫能技術發展有重要的意義。

電催化水分解析氫催化劑主要分為非貴金屬和貴金屬兩大類，非貴金屬電催化劑集中在過渡金屬硫化物、硒化物、磷化物、碳化物、氮化物等半導體材料，其催化活性暫時還難以完全滿足工業需求，因此，基于貴金屬設計高效穩定的電催化劑勢在必行。貴金屬的原子軌道內存在較多的空d軌道，能級間距較小，容易與氫原子配位，因而在電催化水分解中有較高的析氫活性。然而，貴金屬電催化劑受限于其價格與儲存量，間接限制了工業產氫的大規模發展。為解決該問題，通常盡可能的提高其催化活性表面積，將貴金屬納米顆粒負載在多層非貴金屬材料或者形成貴金屬合金，能使貴金屬得以均勻分散在材料中，減弱了原子間相互作用，避免了其團聚，但是這些粉末貴金屬催化劑用作析氫電極時需要進一步溶液加工處理，例如商用Pt/C電極的制備過程中首先將催化劑粉末分散在含異丙醇、水和nafion的溶液中而形成涂液，然后在電極基體上均勻涂覆再進行烘干等步驟，制備工藝復雜、操作可行性差、成本較高且不可控。

貴金屬催化劑的電催化性能與多方面因素有關，包括貴金屬顆粒尺寸、分散性、基底材料以及與基體材料的結合力等。利用導電基體原位負載貴金屬電催化劑是低成本制備電催化析氫電極的有效方法，商用泡沫鎳(NF)來源廣泛，有良好的導電性、高孔隙率和機械強度，可廣泛用作電催化水分解反應的電極基體。

然而，利用涂覆方法在泡沫鎳基體上負載貴金屬電催化劑，不能有效控制貴金屬催化劑在基體上的分散性，也易導致活性組分在氫氣釋放過程中從基體上脫落而減弱電極的電催化穩定性。因此開發一種簡便的方法制備出具有獨特結構和高活性貴金屬催化劑的析氫電極仍存在巨大的挑戰。

發明內容

本發明的目的就是為了解決上述問題而提供一種改性泡沫鎳負載貴金屬催化劑析氫電極及其制備方法。

本發明的目的通過以下技術方案實現：

一種改性泡沫鎳負載貴金屬催化劑析氫電極的制備方法，包括以下步驟：

(1)將泡沫鎳預處理；

(2)以預處理的泡沫鎳作為陽極，以鉑片作為陰極，以銨鹽的醇水混合溶液為電解液，進行陽極氧化再處理，獲得改性泡沫鎳基體，獲得納米多孔形貌的改性基體；

(3)將改性泡沫鎳基體放置于含有貴金屬元素的前驅體均相溶液中，加熱處理，將貴金屬元素原位生長于改性泡沫鎳表面，冷卻、洗滌、干燥后，即獲得改性泡沫鎳負載貴金屬顆粒的析氫電極。