[發明專利]一種催化劑、制備方法及在電解水制氫的應用

有效

• 申請號: 202010047605.1
• 申請日: 2020-01-16
• 公開（公告）號: CN111167456B
• 公開（公告）日: 2023-07-07
• 發明（設計）人: 鄭南峰;李智森;劉圣杰
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C25B11/046
• 分類號: C25B11/046;C25B1/04
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 王茹

一種催化劑、制備方法及在電解水制氫的應用。本發明屬于催化劑技術領域，涉及一種催化劑，所述催化劑的基底為銅材料，所述銅材料表面包覆立方相結構金屬鎳，所述立方相結構金屬鎳表面包覆六方相結構金屬鎳；所述立方相結構金屬鎳的厚度為10～200nm，所述六方相結構金屬鎳的厚度為1～20nm；本發明的催化劑采用甲酸鈉和鎳源，以銅材料為基底，經過簡單的水熱反應直接制備，反應步驟簡單、不使用貴金屬，具有成本低、催化效率高、穩定性好的特點，在電催化分解水產氫上具有巨大的應用價值。

技術領域

本發明屬于催化劑技術領域，涉及一種催化劑、制備方法及在電解水制氫的應用。

背景技術

氫能源被視為21世紀最具發展潛力的清潔能源，而電解水制氫由于具有可再生能源及環?境友好的優勢，成為制氫方法的研究熱點。但是想要在實際裝置中大量生產氫氣，則需要能在?工業制氫環境(大電流，高電解液濃度等)下高效穩定運轉的催化劑。鉑基貴金屬催化劑是較?好的電解水催化劑，但由于儲量稀少、價格昂貴，難以規模化應用。金屬鎳由于儲量豐富、價?格低廉、理論析氫活性最接近貴金屬的非貴金屬催化劑，富有工業化生產的應用前景。

但是非貴金屬催化劑在實際應用中所遇到了幾個問題：(1)高活性的過渡金屬催化劑在空?氣中易氧化，從而喪失催化活性；(2)通常的催化劑難以在實際的產氫工作環境下長時間穩定?工作；(3)缺乏簡易、廉價的合成方法來制備高效穩定的催化劑。

發明內容

本發明的目的是提供一種催化劑，具有獨創性的多層不同鎳晶型包覆結構，結構穩定性?好，不使用貴金屬，成本低。

本發明的另一個目的在于提供一種催化劑的制備方法，所用原料簡單、價格便宜，制備方?法簡單、成本低、可規模化生產。

本發明還有一個目的在于提供一種催化劑在電解水制氫的應用，具有催化活性高、穩定性?好的特點。

本發明采用以下的技術方案，

一種催化劑，所述催化劑的基底為銅材料，所述銅材料表面包覆立方相結構金屬鎳，所述?立方相結構金屬鎳表面包覆六方相結構金屬鎳；所述立方相結構金屬鎳的厚度為10～200nm，?所述六方相結構金屬鎳的厚度為1～20nm。

優選的，所述立方相結構金屬鎳的厚度為30～180nm。

更優選的，所述立方相結構金屬鎳的厚度為50～130nm。

優選的，所述六方相結構金屬鎳的厚度為2～15nm。

更優選的，所述六方相結構金屬鎳的厚度為3～10nm。

優選的，所述銅材料選自泡沫銅、銅粉、銅網和銅箔中的至少一種。

一種上述任一實施方案所述的催化劑的制備方法，包括以下步驟，

S1、所述銅材料在丙酮或無水乙醇中超聲脫脂除油，超純水沖洗，置入鹽酸中超聲去除表?面氧化物，再用超純水清洗，獲得預處理銅材料；

S2、按重量份數計，1份甲酸鈉加入到4～200份水中，獲得甲酸鈉溶液；

S3、按重量份數計，1份鎳源加入到15～600份N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，獲得鎳源?溶液；

S4、將步驟S1獲得的預處理銅材料、步驟S2獲得的甲酸鈉溶液和步驟S3獲得的鎳源溶?液加入到反應釜中，密封，置于150～180℃環境下反應12～24小時，冷卻，取出銅材料，清洗，?真空干燥，獲得所述催化劑。

優選的，步驟S3中所述鎳源選自氯化鎳、乙酰丙酮鎳、硫酸鎳和硝酸鎳中的至少一種。

優選的，步驟S4中所述甲酸鈉溶液和所述鎳溶液加入到反應釜后液面浸沒過所述銅材料。