[發明專利]一種高效海水全電解制氫磷化物催化劑的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202110058819.3
• 申請日: 2021-01-17
• 公開（公告）號: CN112877727B
• 公開（公告）日: 2022-05-10
• 發明（設計）人: 于暢;王輝;邱介山;黃紅菱;譚新義
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 大連星海專利事務所有限公司 21208
• 代理人: 王樹本;徐雪蓮

本發明屬于碳基材料制備技術領域，一種高效海水全電解制氫磷化物催化劑的制備方法及其應用。其中制備方法包括以下步驟：(1)將硝酸鐵、硝酸鎳、鉬酸銨、尿素及氟化銨加入盛有去離子水的攪拌器中，均勻攪拌后轉移至水熱釜中；(2)將碳纖維紙、碳布或泡沫鎳置于水熱釜中，超聲處理后進行水熱反應，結束后，取出碳纖維紙、碳布或泡沫鎳，用去離子水反復沖洗、干燥，得到負載型NiFeMo樣品；(3)將次亞磷酸鈉與負載型NiFeMo樣品分別置于石英舟上游及下游，然后放入管式爐中低溫磷化，得到NiFeMoP負載型磷化物催化劑。本發明方法工藝簡單、操作安全、可提供穩定的海水電解制氫雙功能催化劑。

技術領域

本發明涉及一種高效海水全電解制氫磷化物催化劑的制備方法及其應用，屬于碳基材料制備技術領域。

背景技術

氫能由于具有燃燒熱值高，清潔無污染等優點，被認為是最理想的能源載體。目前制氫的主要方法有礦物燃料轉化制氫，生物制氫，光解水制氫，電解水制氫和熱分解制氫等。其中，電解水制氫因為其制氫的純度高，且綠色環保，逐漸備受關注，并成為理想的制氫方法之一。海水的儲量約占全球水資源總儲量的97％，幾乎可被認為是無限的資源，直接電解海水制氫，不僅能節約淡水資源，緩解淡水資源短缺的危機，還能轉化成清潔能源氫能，能夠一定程度上緩解能源危機。但是由于海水的成分比較復雜，直接電解海水制氫主要面臨以下問題：(1)在陽極，當電流密度較大時，易發生析氯副反應并產生有毒氣體氯氣，威脅生命安全以及腐蝕生產設備，帶來生產安全隱患。(2)海水中的鈣、鎂等離子在pH高于9.5時，會在陰陽兩極產生不溶性沉淀，吸附在電極表面并阻礙電極與電解液的充分接觸，從而降低催化劑的反應活性和使用壽命。(3)由于析氫反應在酸性條件下更容易進行，而析氧反應在堿性條件下更容易進行，目前對于海水電解制氫催化劑的研究僅能夠實現析氫或者析氧的單功能催化。因此在實際應用中，須分別為陰極和陽極提供不同的電解環境和裝置，極大地增加了海水電解制氫的成本。

發明內容

為了克服現有技術中存在的不足，本發明目的是提供一種高效海水全電解制氫磷化物催化劑的制備方法及其應用。該制備方法制得的催化劑可以在工業級電流密度下有效地抑制陽極析氯副反應的發生，同時還可以在堿性條件下實現大電流密度的析氫以及析氧反應的雙功能催化，對于簡化海水電解制氫工藝以及降低海水制氫成本有著重要的意義，極大地促進海水電解制氫工業技術以及海水資源清潔再利用的迅猛發展。該制備方法工藝簡單、操作安全，制備成本低廉。

為了實現上述發明目的，解決現有技術存在的問題，本發明采取的技術方案是：一種高效海水全電解制氫磷化物催化劑的制備方法，包括以下步驟：

步驟1、將硝酸鐵、硝酸鎳、鉬酸銨、尿素及氟化銨1:1.7-8.5:0.5-4:8.5-25:5.5-9.5的摩爾比依次加入盛有30-50mL去離子水的攪拌器中，均勻攪拌5-20min，攪拌器轉速設置為300-800r/min，待混合物充分溶解后，再將混合溶液轉移至40-60mL的水熱釜中；

步驟2、取長為2-4cm、寬為1-3cm的碳纖維紙或者碳布或者泡沫鎳置于步驟1的水熱釜中，超聲處理5-10min之后，在80–160℃的溫度下進行水熱反應，反應時間控制在6–18h，反應完成后，取出碳纖維紙或者碳布或者泡沫鎳，用去離子水反復沖洗3–5次，放入真空干燥箱中干燥6–12h，干燥溫度控制在60–80℃，得到負載型NiFeMo樣品；

步驟3、稱取80-120mg的次亞磷酸鈉置于石英舟上游，將步驟2制備的負載型NiFeMo樣品置于石英舟下游，負載型NiFeMo樣品與次亞磷酸鈉的距離為1-3cm，再將石英舟與負載型NiFeMo樣品一起放入管式爐中低溫磷化，在氬氣保護下，磷化溫度以1-3℃/min的升溫速率升至300-500℃，磷化時間控制在1-3h，待磷化結束后，得到目標材料NiFeMoP負載型磷化物催化劑。

所述方法制備的NiFeMoP負載型磷化物催化劑在海水全電解制氫方面中的應用。