[發(fā)明專利]一種多孔Ni-Cu/CNTs-Ni陰極材料的制備方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210219232.0
• 申請(qǐng)日: 2022-06-08
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114908366A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-08-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳靚;姬麗;肖逸鋒;張乾坤;周子坤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 湘潭大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/031
• 分類號(hào): C25B11/031;C25B11/061;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及一種多孔Ni?Cu/CNTs?Ni陰極材料的制備方法。其具體制備方法為：將碳納米管和分散劑混合，加入去離子水超聲分散，隨后加入一定比例的硝酸、硫酸混合溶液，水浴加熱離心干燥后與氯化錫和氯化鈀先后加入鍍液組中反應(yīng),離心干燥得到CNTs?Ni材料；按一定比例稱取Ni、Cu和CNTs?Ni粉末，加入酒精在球磨機(jī)中球磨，再加入硬脂酸干燥、過(guò)篩，將粉末放入壓力機(jī)內(nèi)壓制生胚，后放入立式鉬發(fā)熱真空燒結(jié)爐燒制，冷卻后得到多孔Ni?Cu/CNTs?Ni陰極材料。本發(fā)明原料易得，操作簡(jiǎn)單，使鍍鎳碳納米管均勻分布，通過(guò)控制燒結(jié)溫度與時(shí)長(zhǎng)，得到均勻分布且相互貫通的多孔結(jié)構(gòu)，增加電化學(xué)活性位點(diǎn)，提高催化劑的析氫性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于多孔陰極材料的制備方法，具體涉及一種多孔Ni-Cu/CNTs-Ni陰極材料的制備。

背景技術(shù)

隨著當(dāng)今社會(huì)對(duì)化石燃料的大量利用，全球污染和能源枯竭問(wèn)題變得日益嚴(yán)重，開(kāi)發(fā)新能源已成為目前研究的重點(diǎn)。而氫能源是最理想的新能源，具有能量密度高、可再生、燃燒后無(wú)污染等特點(diǎn)，被當(dāng)做化石燃料的替代。在眾多制氫手段中，通過(guò)電化學(xué)分解水是一種比較清潔的制氫方法，因此受到研究人員的廣泛關(guān)注。電化學(xué)分解水方法是通過(guò)陰極的析氫反應(yīng)與陽(yáng)極的析氧反應(yīng)共同組成，在堿性與酸性條件下，析氫反應(yīng)的快慢與水的分解速度有關(guān)，一些貴金屬及其氧化物，例如Pt、Re等被認(rèn)為是析氫活性較高的催化劑，但因其價(jià)格昂貴、儲(chǔ)存量低而不能被廣泛應(yīng)用，所以制備一種析氫性能高且廉價(jià)的材料非常重要。

用低成本材料取代貴金屬是當(dāng)今電催化技術(shù)的目的之一。Ni的晶體結(jié)構(gòu)特殊，價(jià)格較為便宜，在堿性條件下，有良好的抗腐蝕性和穩(wěn)定性，被認(rèn)為是具有發(fā)展前景的催化材料之一。但單獨(dú)的Ni金屬作為陰極電極其催化活性并不高，為了提高催化活性，Ni基電極主要有三個(gè)發(fā)展方向：a)多孔電極，相同體積下，具有更高的比表面積和析氫催化位點(diǎn)；b)合金電極，包括Ni-金屬和Ni-非金屬材料，通過(guò)發(fā)生協(xié)同作用提高催化活性；c)陰極電極，通過(guò)在金屬上摻雜其他物質(zhì)來(lái)提升電極的綜合性能，比較常用的是石墨烯和碳納米管，碳納米管具有良好的穩(wěn)定性，導(dǎo)熱、導(dǎo)電、機(jī)械性能較優(yōu)異，可以被當(dāng)作電催化劑的載體，通過(guò)與活性組分之間的反應(yīng)，提高結(jié)構(gòu)的催化性能。但碳納米管的表面能大，曲率高，材料難以將其浸潤(rùn)，與基體材料不能很好地結(jié)合，這極大地限制了碳納米管的應(yīng)用，一般情況下通過(guò)元素?fù)诫s，可以使碳納米管與基體材料形成高強(qiáng)度連接。

本發(fā)明通過(guò)粉末燒結(jié)法制得多孔Ni-Cu/CNTs-Ni陰極材料，多孔Ni-Cu/CNTs-Ni材料具備分布均勻且內(nèi)部相互貫通的孔隙，相同體積下有更多的催化活性位點(diǎn)。Ni和Cu的中外層3d軌道電子易與氫原子1s軌道發(fā)生相互作用，打破H-O-H共價(jià)鍵，使得金屬Ni-Cu的析氫催化活性較好；通過(guò)CNTs摻雜Ni，均勻分布在Ni-Cu材料上，一方面使碳納米管與鎳銅能更好的結(jié)合，一方面使材料的電導(dǎo)率提高，催化活性位點(diǎn)增加，有利于析氫反應(yīng)的進(jìn)行。

綜上，本發(fā)明制備的多孔Ni-Cu/CNTs-Ni陰極材料催化活性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，對(duì)電能的利用率高，且材料便宜易得，有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種多孔Ni-Cu/CNTs-Ni陰極材料的制備方法，在堿性條件下分解水制氫，有較高的催化活性且穩(wěn)定性好。

本發(fā)明多孔Ni-Cu/CNTs-Ni陰極材料首先以碳納米管為基礎(chǔ)，通過(guò)化學(xué)鍍的方法，將鎳原子摻雜于碳納米管上，得到CNTs-Ni；然后在立式鉬發(fā)熱真空燒結(jié)爐中，高溫?zé)频媚繕?biāo)產(chǎn)物多孔Ni-Cu/CNTs-Ni陰極材料。

步驟1：首先將碳納米管溶于酒精，加入十六烷基三甲基溴化銨并超聲分散2h后進(jìn)行離心處理，其中十六烷基三甲基溴化銨與碳納米管的質(zhì)量比為1:10；

步驟2：將處理過(guò)的碳納米管加入硫酸與硝酸的質(zhì)量比為3:1的混合溶液中，以40℃水浴加熱4h,然后用去離子水反復(fù)沖洗并離心，使混合溶液的PH保持在中性后干燥12h；