[發明專利]一種多孔Ni-Co/石墨烯電極的電化學制備方法

有效

• 申請號: 202110478194.6
• 申請日: 2021-04-29
• 公開（公告）號: CN113174607B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 發明（設計）人: 楊余芳
• 申請（專利權）人: 韓山師范學院
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/052;C25B11/031;C25B1/04;C25D15/00;C25D3/56
• 代理公司: 焦作加貝專利代理事務所(普通合伙) 41182
• 代理人: 馮新志

本發明提供一種多孔Ni?Co/石墨烯電極的電化學制備方法，步驟如下：將泡沫鎳在超聲波清洗器中用堿性除油液除油；將鍍液加熱至50℃，用稀硫酸溶液調節鍍液的pH值為2?2.5；將鎳塊和泡沫鎳垂直放入電解槽中，將電解槽置于磁力攪拌器上，以鎳塊為陽極、泡沫鎳為陰極，將其分別連接脈沖電源的正、負極，將鍍液倒入電解槽，開啟磁力攪拌器；打開脈沖電源開關，設置電鍍參數，接著接上負載，電鍍20?30min；電鍍完成后，用去離子水清洗泡沫鎳鍍片若干次后烘干，即得多孔Ni?Co/石墨烯電極。該方法為脈沖電沉積的方法，與直流法制備的材料相比，制備的多孔Ni?Co/石墨烯復合材料表面更加致密，具有良好的電催化析氫活性。

技術領域

本發明涉及電化學技術領域，尤其涉及一種多孔Ni-Co/石墨烯電極的電化學制備方法。

背景技術

氫氣是一種最為理想的清潔新型能源。電解水制氫是工業化廉價制備氫氣的重要手段，而且電解水制氫的資源非常豐富。降低析氫反應的過電位是電解制氫工業中降低能耗的主要途徑。但是，大部分電極材料的析氫過電位高，電能消耗大。因此，電解水制備氫氣的重點問題是要研發出成本低廉、具有高催化析氫活性、低析氫過電位的陰極材料。

目前在電解水制氫、氯堿工業生產中，普遍存在槽電壓過高、能耗太大、析氫過電位高、成本高等問題。其中，陽極過電位通過形穩陽極(DSA)的使用已大大降低了，而對于陰極的材料選擇、結構的設計及制備工藝的優化一直是電解水制氫的關鍵，這對于電極成本的降低、催化利用率的提高以及電解能耗的減少起到非常重要的作用。

電催化析氫反應是電能向化學能轉化的一個有效途徑，影響電極電催化析氫活性的兩個重要因素分別為電極的比表面積、析氫過電位。提高電極材料電催化析氫活性的方法主要有：⑴增大陰極電極材料的孔隙率或表面粗糙度，提高電極的真實表面積，降低電解過程中電極表面的真實電流密度，達到降低析氫超電勢的目的。常見的方法是將Ni與易溶出的金屬(如Zn、Sn等)合金化，形成前體合金，再通過化學或電化學方法將合金組分溶出，形成多孔結構的Raney Ni或多孔的鎳合金電極。與平滑的Ni基電極相比，多孔電極具有更大的比表面積、更高的催化活性，但是Raney Ni之類的多孔電極的機械強度和抗電流氧化能力較差，長時間斷電情況下電極內的催化組分會氧化溶解，實用性不強。⑵提高電極本身的電化學活性，采用高催化活性的新型析氫陰極材料。

理想的電催化析氫材料除了具有優良的析氫催化活性以外，還應具備優良的導電性、高比表面積和合適的孔隙率、較強的結合強度、適宜的催化劑晶面結構等性能，制備成本低廉。根據Engel Brewer價鍵理論，過渡金屬具有未成對的d電子和未充滿的d軌道，對氫氣析出反應有非常明顯的電催化協同作用，有利于析氫反應的進行。

工業上電解水通常采用Ni基電極材料，電解的能耗大部分與析氫過電位有關，但是，過高的析氫過電位嚴重地抑制了這種電極材料的應用。因此，要實現大規模工業化制氫，最行之有效的辦法是降低陰極析氫反應的過電位。

降低析氫過電位的主要方法是增大電極的孔隙率或表面粗糙度，提高比表面積；或使用高催化活性的新型析氫材料，提高電極本身的電化學活性。Pt、Pd等雖然具有低的析氫過電位、高的電催化活性，但是價格昂貴，不適合在工業生產中大規模使用。非貴金屬Ni及Ni基電極顯示出較高的電催化析氫活性,并且Ni的來源廣泛、價格低廉，備受研究工作者的青睞。因此，有關鎳基合金析氫電極的研究報道較多，比如Ni-S、Ni-Mo、Ni-Co、Co-Ni-Fe-C、Ni-Co-Y、Ni-Co-Sn、Ni-W、Co-Ni-石墨、Ni-Co-Mo等，這些析氫電極通常是在塊狀基體上制備獲得的。