[發明專利]一種碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202210114006.6
• 申請日: 2022-01-30
• 公開（公告）號: CN114457349B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 任志博;劉麗萍;王凡;王金意;王鵬杰;張歡
• 申請（專利權）人: 中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司;四川華能氫能科技有限公司;華能集團技術創新中心有限公司;四川華能太平驛水電有限責任公司;四川華能寶興河水電有限責任公司;四川華能嘉陵江水電有限責任公司;四川華能東西關水電股份有限公司;四川華能康定水電有限責任公司;四川華能涪江水電有限責任公司;華能明臺電力有限責任公司
• 主分類號: C25B1/04
• 分類號: C25B1/04;C25B11/04
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃垚琳

本發明公開了一種碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極及其制備方法和應用，其中制備方法包括以下步驟：(1)將電極基底進行堿除油、酸活化預處理，獲得還原電極基底；(2)將步驟(1)中的還原電極基底于含有碳源、鎳源和鉬源的混合溶液中，于一定溫度、壓力下進行水熱反應，獲得鎳鉬金屬有機層包覆的電極基底；(3)將步驟(2)中的鎳鉬金屬有機層包覆的電極基底在含有2?甲基咪唑和鈷源的水溶液中進行浸泡，獲得鎳鉬鈷金屬有機層包覆的電極；(4)將步驟(3)中的鎳鉬鈷金屬有機層包覆的電極于惰性氣氛中燒結，獲得碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極。本發明所述的碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極制備方法，可降低電極析氫過電位，提高電極的穩定性。

技術領域

本發明屬于電解水制氫技術領域，尤其涉及一種碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極及其制備方法和應用。

背景技術

可再生能源電解水制取的低碳氫氣被視為實現能源結構轉型和溫室氣體減排的關鍵能源載體。但是受限于電解水制氫的高成本，低碳氫氣的廣泛應用還存在經濟性問題。電解水制氫成本中用電成本占據70-85％。因此降低電耗是將成本的關鍵，而電極性能直接影響制氫電耗，因此亟需開發低電耗、長壽命的電極滿足不斷增長的低碳氫氣需求。電極開發可以從以下方面著手：一是優化電極組成，通過合金化的方式提升電極的活性和穩定性；二是在電極表面引入保護層，降低電化學反應對電極催化層結構的沖擊，提升電極壽命。因此，需要開發電耗低、穩定性強的碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極，推動電解水制氫成本降低，實現大規模發展。

發明內容

有鑒于此，本發明的一個目的在于提出一種碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極制備方法，水熱反應獲得的鎳鉬金屬有機層高溫熱解后形成多孔的鎳鉬多面體納米籠結構和豐富的鎳鉬活性位點，降低電極析氫過電位；第二層鈷金屬有機層經高溫煅燒，鈷原子摻雜進入鎳鉬合金，并在電極表面形成碳包覆層，鈷摻雜和碳包覆層可以有效抑制電解制氫過程鎳鉬合金中鉬元素的溶出，提高電極的穩定性。

本發明的另一個目的在于提出一種碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極。

本發明的又一個目的在于提出碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極的應用。

為達到上述目的，本發明第一方面實施例提出了一種碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極制備方法，包括以下步驟：

(1)將電極基底進行堿除油、酸活化預處理，獲得還原電極基底；

(2)將步驟(1)中的還原電極基底于含有碳源、鎳源和鉬源的混合溶液中，于一定溫度、壓力下進行水熱反應，獲得鎳鉬金屬有機層包覆的電極基底；

(3)將步驟(2)中的鎳鉬金屬有機層包覆的電極基底在含有2-甲基咪唑和鈷源的水溶液中進行浸泡，獲得鎳鉬鈷金屬有機層包覆的電極；

(4)將步驟(3)中的鎳鉬鈷金屬有機層包覆的電極于惰性氣氛中燒結，獲得碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極。

本發明實施例的碳包覆的鎳鉬鈷析氫電極制備方法，其有益效果為：水熱反應獲得的鎳鉬金屬有機層高溫熱解后形成多孔的鎳鉬多面體納米籠結構和豐富的鎳鉬活性位點，降低電極析氫過電位；第二層鈷金屬有機層經高溫煅燒，鈷原子摻雜進入鎳鉬合金，并在電極表面形成碳包覆層，鈷摻雜和碳包覆層可以有效抑制電解制氫過程鎳鉬合金中鉬元素的溶出，提高電極的穩定性。

在本發明的一些實施例中，步驟(1)中，電極基底為鎳、鐵或銅材質的織網、拉伸網、沖孔網或泡沫網中的一種，也即電極基底為鎳織網、鐵織網、銅織網、鎳拉伸網、鐵拉伸網、銅拉伸網、鎳沖孔網、鐵沖孔網、銅沖孔網、鎳泡沫網、鐵泡沫網、銅泡沫網中的一種。

需要說明的是，步驟(1)中，堿除油和酸活化的目的在于提高后續鎳鉬金屬有機層、碳包覆層等與電極基底的結合力，保證電極質量。較佳的：

在本發明的一些實施例中，堿除油的方法為：