[發明專利]一種氫氧化鎳電催化劑、制備方法、電化學活化方法及其應用

有效

• 申請號: 202110358053.0
• 申請日: 2021-04-01
• 公開（公告）號: CN113512737B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 杜海威;胡杰;朱儲紅;袁玉鵬
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C25B11/075
• 分類號: C25B11/075;C25B1/04
• 代理公司: 合肥昊晟德專利代理事務所(普通合伙) 34153
• 代理人: 王林

本發明涉及電催化劑技術領域，具體涉及一種氫氧化鎳電催化劑、制備方法、電化學活化方法及其應用，先將金屬鎳鹽和堿性化合物通過水熱法合成氫氧化鎳粉末，然后將獲得的氫氧化鎳粉末涂覆在導電基底上作為陽極，以石墨棒作為陰極，銀/氯化銀電極為參比電極，置于氫氧化鉀溶液中施加一定電壓進行電化學活化，之后，將活化后的氫氧化鎳材料直接用于電催化分解水制氫；這種電化學活化方法具有操作簡單、成本低、適用于各類電催化劑的改性以及活化后電催化性能好等特點，在電解水制氫和電化學儲能等方面具有潛在的應用前景。

技術領域

本發明涉及電催化劑技術領域，具體涉及一種氫氧化鎳電催化劑、制備方法、電化學活化方法及其應用。

背景技術

化石燃料的過渡消耗引發了能源和環境問題，尋找清潔高效的新能源替代品已迫在眉睫。氫能是一種清潔無碳、燃燒熱高、用途廣泛的能源，是逐步取代傳統化石能源，降低溫室氣體排放和發展可再生能源產業的最佳選擇。2019年我國氫氣產量約2000萬噸，其中90％以上的氫氣來自各類化石燃料制氫技術，能耗較高且制得的氫氣中含有一定量的雜質。僅有4％的氫氣通過電解水技術獲得，由于成本較高，當前該技術尚未實現工業化生產，并未體現出規模經濟效益。電解水的核心是電催化劑，開發低成本、高活性、穩定性好的電催化劑是電解水技術產業化的關鍵。

目前商用的電催化劑主要是貴金屬，由于價格高昂難以實現工業化生產。以氫氧化鎳材料為代表的過渡金屬基電催化劑具有元素豐度高、成本低等特點，有望作為貴金屬催化劑的替代品。然而，氫氧化鎳材料的本征電催化性能較差，導致其過電位較高，限制了電催化反應的效率。針對氫氧化鎳材料性能改性的研究主要是成分和顯微結構調控，工藝較為繁瑣、耗時且改性成本較高。

鑒于上述缺陷，本發明創作者經過長時間的研究和實踐終于獲得了本發明。

發明內容

本發明的目的在于解決氫氧化鎳材料的本征電催化性能較差，導致其過電位較高，限制了電催化反應的效率，現有的對氫氧化鎳材料性能改性的研究主要是成分和顯微結構調控，工藝較為繁瑣、耗時且改性成本較高的問題，提供了一種氫氧化鎳電催化劑、制備方法、電化學活化方法及其應用。

為了實現上述目的，本發明公開了一種氫氧化鎳電催化劑的制備方法，包括以下步驟：

S1：稱取金屬鎳鹽和堿性化合物分別溶于溶劑中得到金屬鎳鹽溶液和堿性化合物溶液；

S2：將金屬鎳鹽溶液加入堿性化合物溶液中，攪拌30min，倒入聚四氟乙烯內襯中，然后放入反應釜，加熱到110～150℃保溫10～14h，反應結束后冷卻至室溫；

S3：將步驟S2中反應得到的產物取出用去離子水和無水乙醇離心各清洗3次，80℃下干燥，干燥后研磨得到氫氧化鎳粉末。

所述步驟S1中的金屬鎳鹽為硝酸鎳、硫酸鎳、氯化鎳中的任意一種。

所述步驟S1中堿性化合物為氫氧化鈉，金屬鎳鹽和氫氧化鈉的摩爾比為1:30，溶劑為水。

所述步驟S1中堿性化合物為碳酸鈉，金屬鎳鹽和碳酸鈉的摩爾比為1:1，溶劑為水。

所述步驟S1中堿性化合物為尿素，金屬鎳鹽和尿素的摩爾比為1:4，溶劑為丙二醇和水的混合溶液，丙二醇和水體積比為4:1。

本發明還公開了采用上述制備方法制得的氫氧化鎳電催化劑。

本發明還公開了上述氫氧化鎳電催化劑的電化學活化方法，包括以下步驟：

a、將氫氧化鎳粉末分散在水、酒精和全氟磺酸的混合溶液中，超聲分散后獲得懸浮液；

b、將步驟a中得到的懸浮液涂覆表導電基底的表面；

c、將步驟b中涂有氫氧化鎳的導電基底作為陽極，石墨棒作為陰極，銀/氯化銀電極為參比電極，氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液為電解液，然后利用循環伏安法施加電壓。