[發(fā)明專利]一種氮摻雜石墨化改性的電極制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210276543.0
• 申請(qǐng)日: 2022-03-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114592208A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-06-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周清穩(wěn);王皓軒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南通大學(xué)
• 主分類號(hào): C25B11/061
• 分類號(hào): C25B11/061;C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 錢超

本申請(qǐng)公開(kāi)一種氮摻雜石墨化改性的電極制備方法，對(duì)金屬鎳基底進(jìn)行表面清潔處理，獲得清潔的金屬鎳基底；將經(jīng)表面清潔處理之后的金屬鎳基底在含有鉬酸鹽和氟化物的混合溶液中進(jìn)行基于溶劑熱反應(yīng)的腐蝕處理；將經(jīng)腐蝕處理之后的金屬鎳基底在惰性氣氛的保護(hù)下進(jìn)行氣固反應(yīng)，對(duì)基底表層物質(zhì)進(jìn)行氮摻雜石墨化改性，獲得所述氮摻雜石墨化改性的電極；與傳統(tǒng)的鎳基電極制備方法相比，基于水熱反應(yīng)，在鎳基底上引入了鉬元素，形成含有雙金屬的納米棒狀表面結(jié)構(gòu)，提高了材料比表面積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電解水用陰極電極技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種氮摻雜石墨化改性的電極制備方法。

背景技術(shù)

化石燃料的大量使用導(dǎo)致了日益嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題和化石燃料的快速枯竭問(wèn)題，這對(duì)人們的日常生活造成了影響，因此探索和開(kāi)發(fā)可持續(xù)利用的清潔能源來(lái)替代傳統(tǒng)的化石能源是前沿科研領(lǐng)域急需解決的一大難題。

清潔能源是指能夠有效降低溫室氣體排放的新能源技術(shù)，是減少二氧化碳排放的重要方法之一。不含碳的氫能源便成為了清潔能源的首選，氫燃燒的產(chǎn)物是水，是世界上最干凈的能源。并且氫具有燃燒熱值高的特點(diǎn)，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。當(dāng)前兼容新能源(風(fēng)、光、水電等)的電解水制氫逐步發(fā)展壯大，成為最為綠色的氫能獲取途徑，其中堿性電解水有望成為綠色大規(guī)模化制氫的領(lǐng)頭羊。

堿性電解水主要由析氫(Hydrogen Evolution Reaction,HER；2H₂O+2e^-＝H₂+2OH^-,E⁰＝-0.83 V vs SHE)和析氧(Oxygen Evolution Reaction,OER；2OH^-＝1/2O₂+H₂O+2e^-,E⁰＝0.4V vs SHE) 兩個(gè)半反應(yīng)組成。從理論電位差分析，電解水總反應(yīng)(H₂O＝H₂+1/2O₂；E⁰＝1.23V vs SHE)的理論可逆電壓為1.23V。目前，鉑基材料和二氧化釕等貴金屬催化劑被認(rèn)為是析氫反應(yīng) (HER)和析氧反應(yīng)(OER)最有效的電催化劑。然而，這些貴金屬催化劑成本高、耐久性差和較為稀缺，難以進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用。因此，人們付出了大量的努力來(lái)探索穩(wěn)定、高效、低成本的非貴金屬材料。

近年來(lái)，許多新的工作主要圍繞開(kāi)發(fā)低成本的可替代催化劑，主要有NiO、Ni(OH)₂、 NiMoO₄、Ni₂P、MnO₂等。

發(fā)明內(nèi)容

解決的技術(shù)問(wèn)題：

本申請(qǐng)針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，解決了目前貴金屬催化劑成本高、耐久性差和較為稀缺，難以進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用等技術(shù)問(wèn)題，提供一種氮摻雜石墨化改性的電極制備方法。

技術(shù)方案：

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請(qǐng)通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：

一種氮摻雜石墨化改性的電極制備方法，包括以下步驟：

第一步，表面清潔處理：對(duì)金屬鎳基底進(jìn)行表面清潔處理，獲得清潔的金屬鎳基底；

第二步，鉬酸根腐蝕處理：將經(jīng)表面清潔處理之后的金屬鎳基底在含有鉬酸鹽和氟化物的混合溶液中進(jìn)行基于溶劑熱反應(yīng)的腐蝕處理；

第三步，氮摻雜石墨化改性處理：將經(jīng)腐蝕處理之后的金屬鎳基底在惰性氣氛的保護(hù)下進(jìn)行氣固反應(yīng)，對(duì)基底表層物質(zhì)進(jìn)行氮摻雜石墨化改性，獲得所述氮摻雜石墨化改性的電極。

進(jìn)一步地，所述氮摻雜石墨化改性的電極表層物質(zhì)為氮摻雜碳納米管及其包裹的納米金屬顆粒，表現(xiàn)出高效的堿性環(huán)境水電解析氫催化性能。