[發明專利]一種用于催化析氫的涂層電極及其制備方法

在審

• 申請號: 201911299175.6
• 申請日: 2019-12-17
• 公開（公告）號: CN111041520A
• 公開（公告）日: 2020-04-21
• 發明（設計）人: 陳君
• 申請（專利權）人: 寧波涂冠鍍膜科技有限公司
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06;C25B11/10;C23C14/06;C23C14/35;C23C14/58;C25B1/04
• 代理公司: 蘇州謹和知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32295
• 代理人: 葉棟

本發明涉及的用于催化析氫的涂層電極包括Ti基底、以及設置在所述Ti基底表面的(W,Fe)C?P涂層。該涂層電極直接將具有催化活性的(W,Fe)C?P涂層制備在Ti基底電極上，相較于傳統的采用粘合劑制備的涂覆型電極，該涂層電極結合力更好，具有更佳的穩定性，延長了電極的使用壽命；價格低廉的(W,Fe)C合金具有更高的析氫催化活性，(W,Fe)C中引入P元素進一步提升其催化析氫的催化活性，提高了催化析氫的工作效率并且降低了制備催化析氫的涂層電極的成本。

技術領域

本發明涉及一種用于催化析氫的涂層電極及其制備方法。

背景技術

能源是人類賴以生存的重要基礎，是推動國民經濟與社會發展的動力。隨著人們對能源需求的不斷增加以及環境污染問題的日益嚴重，尋求清潔可持續的能源已經成為人類迫在眉睫的問題。氫氣(H₂)作為清潔能源在未來的能源版圖中將發揮重要作用，然而氫氣不是自然存在的，需通過一定方法進行制備。電解水制氫具有成本較低、效率高、環境友好、以及安全性較好等優點，是將電能轉換為化學能的理想路徑，備受人們青睞。目前電催化析氫反應活性最好的固態催化劑是貴金屬鉑(Pt)，但是高成本和低儲量嚴重地限制了貴金屬材料的工業應用。此外大部分用于催化析氫反應的電極都是采用粘合劑將粉末狀的催化材料涂覆在基底電極上，由于粘合劑自身的附著力差，在電解過程中易脫落，從而降低電極的工作穩定性。同時，粘結劑會致使電極電阻增加、暴露在溶液中的活性位點減少、并降低了反應離子的擴散速率，從而極大地降低了電極的析氫效率。因此，急需一種成本低且穩定性高的催化材料，以實現電解水制氫的大規模化生產和廣泛應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于催化析氫且具有良好催化活性、穩定性高以及價格低廉的涂層電極。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：一種用于催化析氫的涂層電極，包括Ti基底、以及設置在所述Ti基底表面的(W,Fe)C-P涂層。

進一步地，所述(W,Fe)C-P涂層包括(W,Fe)C涂層和嵌入在所述(W,Fe)C涂層內的P元素。

進一步地，所述的(W,Fe)C涂層厚度為3um-6um。

本發明還提供了一種用以制備所述用于催化析氫的涂層電極的制備方法，所述制備方法如下：

S1、提供Ti基底，將所述Ti基底表面粗糙化；

S2、在所述Ti基底表面沉積(W,Fe)C涂層；

S3、在所述(W,Fe)C涂層磷化處理，獲得(W,Fe)C-P涂層。

進一步地，所述粗糙化為將所述Ti基底放入苦味酸中加熱30min以對其表面進行刻蝕。

進一步地，所述(W,Fe)C涂層由磁控濺射技術沉積制備形成。

進一步地，所述磁控濺射技術使用的W靶和Fe靶，反應氣體為C₂H₂。

進一步地，在沉積所述(W,Fe)C涂層之前，所述涂層電極的制備方法還包括將Ti基底、W靶和Fe靶進行清洗和烘干的前處理。

進一步地，對Ti基底進行清洗和烘干的前處理后，所述涂層電極的制備方法還包括由離子轟擊清潔所述Ti基底并活化所述Ti基底上的原子。

進一步地，所述磷化處理使用的磷源為亞磷酸鈉。

本發明的有益效果在于：本發明所提供的用于催化析氫的涂層電極直接將具有催化活性的(W,Fe)C-P涂層制備在Ti基底電極上，相較于傳統的采用粘合劑制備的涂覆型電極，該涂層電極結合力更好，具有更佳的穩定性，延長了電極的使用壽命；價格低廉的(W,Fe)C合金具有更高的析氫催化活性，(W,Fe)C中引入P元素進一步提升其催化析氫的催化活性，提高了催化析氫的工作效率并且降低了制備催化析氫的涂層電極的成本。