[發明專利]一種雙功能電解水催化劑鍍層的制備方法

有效

• 申請號: 202111459092.6
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114000176B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發明（設計）人: 何建波;趙夢杰;李芳;李冰
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B11/052;C25B1/04;C25D5/00;C25D9/08;C25D9/10
• 代理公司: 合肥云道爾知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34230
• 代理人: 陳蘭

本發明公開了一種雙功能電解水催化劑鍍層的制備方法，包括以下步驟：以石墨、Ni、Fe、Cu等多種金屬及其網狀金屬等作為導電基底，將其依次經酸洗、醇洗、水洗、干燥等前處理后備用；采用恒電流方法，以含磷鉬酸、硝酸鎳、檸檬酸鈉和硼酸的酸性水溶液為電鍍液，常溫下在基底電極上進行陰極施鍍，電流密度為30～75mA/cm²，施鍍時間30～60min；采用恒電勢方法，以硝酸鐵水溶液為電鍍液，常溫下在基底上進行二次陰極施鍍，電勢為?1.0～?1.5V，施鍍時間60～120min。本發明制備出Ni?Mo?Fe?O?B?P復合物高效催化劑鍍層，同時具備催化析氫和析氧的功能，簡化了催化劑的制備流程，降低了材料和制備成本，提高了電極長時間運行的穩定性。

技術領域

本發明涉及水電解技術領域，具體涉及一種雙功能電解水催化劑鍍層的制備方法。

背景技術

氫氣是一種很理想的高能效且清潔的能量存儲介質，從風、光、水等可再生能源發電轉換為氫氣，成為可再生能源發展應用的一個前沿方向。如何提高電解水制氫的能源轉化效率并降低居高不下的成本，大量研究工作致力于開發新的析氫和析氧的催化劑材料。Pt、Ru、Ir等貴金屬及其氧化物具有優異的析氫或析氧催化性能，但其廣泛應用受到價格昂貴、資源匱乏的限制。發展廉價高效非貴金屬電解水催化劑具有十分重要的科學意義和實用價值。

電解水需要用于析氫反應和析氧反應的兩種催化劑，因為一種催化劑通常只對其中一個反應具有催化作用。如果一種催化劑具備催化析氫和析氧的雙重功能，將有利于降低成本和簡化電解設備。然而要兼容析氫和析氧的高催化活性于同一種催化劑，對其組成和結構的調控要求高于制備單一功能催化劑。

電解水催化劑多采用特定組成和結構的納米粉體，以提供高的比表面積及豐富的催化活性位點。這些納米催化劑通常采用系列化學反應和物理處理步驟來制備，制備成本高，并且納米粉體在基底電極上的穩定負載以保證長時間電解運行也是一個難題。

發明內容

本發明的目的在于提供一種雙功能電解水催化劑鍍層的制備方法，其所用原料價廉，具有高效催化析氫和析氧的雙功能，制備成本低且與基底電極結合力強，穩定性好。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：

一種雙功能電解水催化劑鍍層的制備方法，所述催化劑采用兩步陰極施鍍法，原位生長在導電基底電極上。

優選地，所述催化劑是Ni-Mo-Fe-O-B-P的晶態復合物鍍層，所述催化劑可以用于電解水的析氫和析氧反應。

優選地，所述析氫和析氧反應均在堿性電鍍液中進行。

優選地，所述基底電極選用石墨、Ni、Fe、Cu及其網狀金屬的不同導電材料中的任一種。

優選地，所述兩步陰極施鍍法中的第一步施鍍中，電鍍液為磷鉬酸、硝酸鎳、檸檬酸鈉和硼酸的酸性水溶液，電流密度為30～75mA/cm²，施鍍時間30～60min。

優選地，所述電鍍液的濃度為，磷鉬酸0.05～0.5mol/L、硝酸鎳0.05～0.5mol/L、檸檬酸鈉0.05～0.5mol/L、硼酸0.05～0.5mol/L，pH為0.5～6.5。

優選地，所述兩步陰極施鍍法中的第二步施鍍中，電鍍液為硝酸鐵水溶液，電勢為-1.0～-1.5V vs.SCE，施鍍時間60～120min。

優選地，所述硝酸鐵的濃度為0.05～0.5mol/L。

優選地，所述兩步陰極施鍍均可在常溫下進行，也可升溫至不超過60℃以縮短施鍍時間。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：