[发明专利]一种高效Ni-Mo-P/Ni析氢电极制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电催化析氢领域，特别涉及一种高效Ni-Mo-P/Ni析氢电极制备方法。

背景技术

氢能作为一种高效，清洁，理想的二次能源，一直受到各国科研工作者的重视。电解水产氢是目前较成熟且廉价制备氢气的重要方法之一。目前工业上运用的电解水析氢电极主要是Rany Ni，低碳钢等材料，但存在槽电压大、过电位较高、能耗过大和易腐蚀等劣势，成为制约氯碱工业发展的重要因素。国内外虽已出现具有较高活性，能耗低的析氢电极，但是其价格昂贵，生产成本高。因此，研究和开发一种高效廉价稳定的析氢电极具有非常重要的现实意义和实用价值。

研究发现降低析氢过电位主要有二种方法: 一是提高电极的比表面积, 即增大电极的孔隙率或表面粗糙度, 以降低电解过程中电极的真实电流密度; 二是提高电极本身的电化学活性, 即寻找高催化活性的新型析氢材料。研究表明，过渡系金属合金能够通过协同效应降低金属材料的析氢过电位。镍合金作为碱性电解水阴极材料与贵金属相比成本低、制备方法简单、同时具有良好的电化学性能和较好的耐蚀性而受到广泛关注。Ni-Mo合金被证实是碱性溶液中析氢性能最好的二元合金。目前制备析氢合金电极主要采用制备过程简单的电沉积方法，但是存在内应力大，镀层与基体附着力不佳，长期电解易脱落等，且电极长期电解时可能会因为形成氢化物或氢吸收进入晶格而失去催化活性。此外, 电极在开路状态下可能会因为活性成分被氧化而失去催化活性。

近年来国内针对碱性电解水催化析氢电极的高效性和稳定性做了大量的研究。1）中国发明专利CN 102127775 A公开了“镍钼硫析氢电极的制备方法”，通过分别配制Ni-Mo和Ni-S电镀溶液，然后采用镍板做阳极，泡沫镍作阴极材料依次进行Ni-S、Ni-Mo、Ni-S、Ni-Mo四次电镀。所制备的Ni-Mo-S析氢电极具有活性高、能耗低、价格低廉、节能效果明显等优点。但是该方法制备的析氢镀层同时存在镀层与泡沫镍基体之间的结合力差，镀层颗粒较大、电解产生的氢气易在泡沫镍中堆积难以析出等问题。2）中国发明专利CN 101665951 A公开了“脉冲电沉积制备Ni-W-Fe-La纳米晶析氢电极材料工艺”，该发明往电镀液中添加稀土元素离子La³⁺，采用脉冲电沉积法在低碳钢上制备Ni-W-Fe-La纳米晶析氢电极材料。此方法通过添加稀土元素制备的镀层致密均匀，成分稳定，附着力较好且具有较好的电催化活性和抗氧化能力。但是稀土元素的电负性较高，很难从水溶液中还原进入合金镀层中。

发明内容

本发明的目的是针对碱性电解水电极要求，提供一种高效Ni-Mo-P/Ni析氢电极制备方法。本发明首先通过机械打磨、超声清洗除去镍片表面的氧化层和油脂等物质；然后通过脉冲电沉积在预处理的镍片表面镀施，将P掺杂进Ni-Mo镀层中，形成具有析氢能力优良、镀层均匀以及介于晶态和非晶态结构之间的Ni-Mo-P纳米晶结构镀层。该制备方法的主要优势是采用脉冲电沉积法获得比表面积很大，成分均匀稳定的镀层，具有优良的析氢性能。

本发明的目的是这样实现的：一种高效Ni-Mo-P/Ni析氢电极制备方法，其具体方法步骤包括

（1）、Ni基底的预处理

首先对Ni片进行机械打磨除去表面的氧化物，使其呈金属光泽后用超纯水清洗干净；然后分别在碱液和无水乙醇中分别超声震荡20min和10min进行化学除油，其中碱液为45g/L硫酸钠、45g/L碳酸钠和45g/L氯化钠的混合水溶液；然后用去离子水冲洗干净，自然风干后浸入无水乙醇溶液中待用； 

（2）、脉冲电沉积制备Ni-Mo-P/Ni电极

采用两电极体系，以步骤（1）处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极。Ni-Mo-P镀液的组成为：20～60 g/L镍盐水溶液，10～50 g/L钼酸盐水溶液，10～60 g/L次亚磷酸钠水溶液, 20～150 g/L柠檬酸三钠水溶液，10～300 g/L氯化钠水溶液，镀液的pH值为1～10，镀液温度为20～60℃。脉冲峰值电流密度为10～30A/dm²，脉冲导通时间为0.1～10ms，脉冲关断时间为0.5～50ms，电沉积时间为5～300s。电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni-Mo-P电极。

其中所述镍盐为硫酸镍、硝酸镍、氯化镍的其中之一；钼酸盐为钼酸钠、钼酸铵的其中之一。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点：