[發明專利]一種低成本高效Ni-P系析氫電極及其制備方法

在審

• 申請號: 202010112241.0
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111334820A
• 公開（公告）日: 2020-06-26
• 發明（設計）人: 王云龍;孫善善;王淼;姜燕;葉書航;馮仁超;楊帆;李科良;陳旭;楊洋;張紹榮;李直澄;尹小丹
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: C25B11/03
• 分類號: C25B11/03;C25B11/04;C25D3/56;B01J27/14;B01J35/10;B01J37/34;C25B1/04
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本發明提供了一種低成本高效Ni?P系析氫電極及其制備方法，本發明以泡沫金屬鎳為基底，采用二價鎳鹽、次亞磷酸鈉配制基礎沉積液，添加檸檬酸鈉和硼酸，在交流電壓下，通過電化學沉積的方法在三維泡沫鎳基體骨架上電沉積出一層包裹嚴實的非晶態鎳磷合金電極。該方法沉積出的Ni?P電沉積層為非晶態，能有效增多析氫的反應的活性位點；電沉積層比較均勻，且有效地全部包裹了基體，性能穩定不易脫落。同時該方法設備要求低，材料易得，工藝簡單，成本低，可大規模生產高效的鎳磷系析氫電極。

技術領域

本發明涉及清潔能源材料技術領域，具體涉及制氫的電極材料，即一種Ni-P系析氫電極及其制備方法。

背景技術

化石能源的消耗及其對生態環境的惡劣影響，使新能源開發成了當前研究熱點。氫氣以較高的能量密度，再生性和清潔性被譽為最理想的二次新能源，而電解水析氫以其技術成熟，工藝簡單，無污染被認為是一種非常有前景的制氫方法，但其制氫過程中的高能耗，需要高效的催化劑。鉑基金屬是公認最理想的催化析氫材料，但是由于其價格昂貴和資源稀少限制了工業化應用。為了更好地促進氫經濟的發展，設計高催化性能、低成本的可替代鉑的非貴金屬催化劑勢在必行。

近年來，過渡金屬磷化物(TMPs)以低成本，含量豐富，優良的催化性能、高穩定性被廣泛地應用于制備電解水析氫催化劑。目前鎳磷化物作為新型催化析氫材料的研究在電催化研究領域受到廣泛的關注。Ni和P的化合價多變，鎳磷化物具有不同Ni、P化學計量比和晶格結構，如Ni₂P，Ni₅P₄，Ni1₂P₅，NiP₂，Ni-P合金在不同的Ni-P配比溶液中電沉積形成的Ni和P化學計量不一定相同，其催化析氫的效果也不一定相同。

目前，科學家已經嘗試了各種制備方法來獲得性能優異的析氫材料，如金屬有機前驅體分解法、溶劑熱法、固相反應法、電化學沉積法等，從而實現電解水產氫的工業化應用。其中電化學沉積法具有設備要求低，工藝參數易控制，操作簡單，成本低等優點。

發明內容

針對現有技術中存在不足，本發明提供了一種低成本高穩定性高效Ni-P系析氫電極的制備方法，用含量豐富成本低的過渡金屬鎳磷化合物代替貴金屬析氫催化劑，提高電極的催化性能，降低析氫過電位，提升電能轉化為氫能的效率，降低能耗。同時，所制備的Ni-P系析氫電極還具有良好的長期穩定性。

一種Ni-P系析氫電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)對泡沫鎳進行除油去污除氧化物清洗預處理；

(2)采用二價鎳鹽、次亞磷酸鈉配制基礎沉積液，基礎沉積液中二價鎳鹽的濃度為0.18mol/L～0.22mol/L，二價鎳鹽與次亞磷酸鈉的摩爾比為Ni/P＝2:1～1:8；

(3)改善電沉積液：向基礎沉積液中添加絡合劑和穩定劑；

(4)電化學沉積：以步驟(3)所得電沉積液為電解液，以泡沫鎳、鉑網和飽和甘汞電極分別作為工作電極、輔助電極和參比電極進行電化學沉積。

進一步地，所述二價鎳鹽為六水合硫酸鎳(NiSO₄·6H₂O)或六水合氯化鎳(NiCl₂·6H₂O)；所述次亞磷酸根離子為NaH₂PO₂·H₂O。

進一步地，所述絡合劑為檸檬酸鈉，加入后沉積液中檸檬酸鈉的濃度為0.045mol/L～0.055mol/L。

進一步地，所述絡合劑為檸檬酸鈉，加入后沉積液中檸檬酸鈉的濃度為0.05mol/L。

進一步地，所述穩定劑為硼酸，加入后沉積液中硼酸的濃度為0.38mol/L～0.42mol/L。