[发明专利]一种高性能镍基含钌复合氧化物析氢电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电催化析氢领域，特别涉及一种高性能镍基含钌复合氧化物析氢电极的制备方法。

背景技术

氢能源由于资源丰富，安全清洁，性能优越，在未来极有可能替代化石燃料而受到人们的高度重视。氢气可通过多种途径制备，其中电解水制氢技术成熟，工艺简单，无污染，制备的氢气纯度高，是制备氢气的最佳方法。在实际电解水制氢过程中，由于析氢过电位较大，使电解水工业耗能大，所以制备具有高活性和稳定性的催化析氢电极，降低电解过程中的电极过电位，减少能耗是十分必要的。镍基电极由于成本低廉、制备简单、催化析氢性能优越，已逐渐发展成为在碱性介质中最为理想的析氢电极材料。其中泡沫镍电极虽然具有较高活性，但抗逆电流氧化能力低，机械强度差，容易导致多孔结构坍塌，活性难以维持。RuO₂在阴极析氢电位下能稳定存在，不易被还原和毒化，同时具有较高的比表面积和优越的催化活性，所以其在工业上也有广泛的应用。中国发明专利CN102864464A公开了“一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法”，此方法先在Ni基底上脉冲电镀Ni镀层，然后在Ni镀层上涂覆含有钌的涂覆液，经过焙烧形成镍基Ni/RuO₂复合电极。所制备的电极虽然析氢活性较好，但是镀层与基底结合力较差，且电极表面呈现出细小的裂纹，存在稳定性不高的问题。中国发明专利CN103422116A公开了“一种多孔镍基钌氧化物复合析氢电极的制备方法”，该方法首先通过阴极电沉积法在镍基底上形成多孔镍，然后在多孔镍基上电沉积钌氧化物，经过退火处理，形成多孔镍基钌氧化物复合电极。制备的电极显示出较高的催化活性和稳定性，但是采用两步法分别形成多孔镍及钌氧化物，并不能有效利用镍钌间的协同效应，使其达到更优的催化效果。

发明内容

本发明针对传统制备的镍钌氧化物涂层容易被气泡冲刷侵蚀以及易脱落造成电极寿命缩短等问题，提供一种高性能镍基含钌复合氧化物析氢电极的制备方法。该制备方法的主要优势是采用溶剂热合成方法，在泡沫镍基底上原位生长镍钌氧化物纳米棒，获得的电极比表面积大，与基底结合牢固，具有优良的析氢性能和较高的稳定性。

本发明提供一种高性能镍基含钌复合氧化物析氢电极的制备方法，其具体方法步骤包括（1）、泡沫镍基底的预处理

将泡沫镍基底放入丙酮溶液中超声震荡15分钟进行化学除油，然后放入摩尔浓度为3mol/L的盐酸水溶液中浸泡0.5小时，去除泡沫镍基底表面的氧化物，最后用去离子水冲洗干净，自然风干后待用；

（2）、以泡沫镍为基底制备镍基含钌复合氧化物析氢电极

以乙二醇为溶剂，配置含有氯化镍、三氯化钌和尿素的镍钌前驱体溶液，其中氯化镍的摩尔浓度为1～100mmol/L，三氯化钌的摩尔浓度为0.1～50mmol/L，尿素的摩尔浓度为0-200mmol/L；将步骤（1）预处理的泡沫镍基底放入含有镍钌前驱体溶液的反应釜中，在60～300℃的条件下反应1～72小时；待反应结束后，用去离子水冲洗干净，在马弗炉中200～600℃退火处理0.5～20小时，冷却至室温，制得镍基含钌复合氧化物析氢电极。本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点：

（1）比表面积大，能够充分暴露活性位点，提高催化活性。原位生长的镍钌氧化物纳米棒能有效增加电极的比表面积，纳米棒间的空隙可以为电解质的传递提供通道，使产生的氢气有效脱附，从而提高催化活性。

（2）原位生长的纳米棒与基底结合牢固，电极涂层表面平整无裂缝，并没有“龟裂”现象产生，提高了电极的稳定性。

本发明方法简单新颖，操作方便可行，制备的镍钌氧化物析氢电极具有独特的纳米棒结构，显示出较高的析氢催化活性和稳定性，可广泛作为碱性电解水的析氢电极材料。

附图说明

图1为实施例1～3所制备的镍基含钌复合氧化物电极的析氢线性扫描曲线。

图中：曲线1是以实施例1所制备的镍基含钌复合氧化物电极为工作电极，汞/氧化汞电极为参比电极，铂片为对电极，6mol/L氢氧化钠水溶液为电解液，温度为25℃，扫描速率为5mV/s条件下的析氢线性扫描曲线。

曲线2是以实施例2所制备的镍基含钌复合氧化物电极为工作电极，汞/氧化汞电极为参比电极，铂片为对电极，6mol/L氢氧化钠水溶液为电解液，温度为25℃，扫描速率为5mV/s条件下的析氢线性扫描曲线。

曲线3是以实施例3所制备的镍基含钌复合氧化物电极为工作电极，汞/氧化汞电极为参比电极，铂片为对电极，6mol/L氢氧化钠水溶液为电解液，温度为25℃，扫描速率为5mV/s条件下的析氢线性扫描曲线。