[发明专利]一种三维泡沫镍负载铜和钴的复合析氢电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可用于碱性溶液中电催化析氢反应，同时负载非贵金属析氢电极的三维泡沫镍负载铜和钴的析氢电极及其制备方法，属于材料科学技术领域和电催化制氢领域。

背景技术

目前人类主要利用的是石油、煤炭等不可再生的化石能源，由于人类的过度开采，这些化石能源早已面临枯竭的危险；而且化石燃料的使用给人类造成严重的环境污染，例如温室效应、酸雨以及雾霾等，严重威胁着人类的健康和生存。氢气因其来源丰富、清洁无污染、燃烧高效等优点，被认为是最理想的能源载体。电解水制氢是有可能实现大规模生产氢气的重要方法之一。在电解水制氢中，电极的选择、结构的设计及制备工艺的优化一直是电解水制氢的关键，其对电极成本的降低、催化剂利用率的提高以及电解能耗的减少起到非常重要的作用，同时又影响电解方法能否大规模工业化生产。Ｐｄ和Ｐｔ等贵金属是具有优良电催化析氢活性的金属电极材料，但是由于这些贵金属价格昂贵，难以在工业生产中大量应用，因此研究和开发价格低廉、高活性、且析氢过电位低的新型阴极非贵金属材料析氢电极非常重要。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题是提供了一种三维泡沫镍负载铜和钴的复合析氢电极及其制备方法。其主要采用电化学表面复合镀层方法，在三维泡沫镍表面依次电镀铜和钴，制得的电极具有催化活性高、无毒，能够在碱性条件下保持结构和化学活性稳定，并且其制备工艺简单，适用于大规模生产。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：一种三维泡沫镍负载铜和钴的复合析氢电极，包括：电极，所述电极是由三维泡沫镍为载体，铜和钴为负载金属，并通过电化学方法依次沉积在三维泡沫镍的表面，其中金属铜镀层在内，金属钴镀层在外。

优选地，所述载体的纯度为99.99％三维多孔泡沫镍，孔隙率为95%。

一种三维泡沫镍负载铜和钴的复合析氢电极的制备方法，按照以下步骤进行，

a、将三维泡沫镍在丙酮中脱脂除油1-2分钟，用超纯水进行清洗，然后放在18wt.%的盐酸溶液中酸化活化，最后放在超纯水中超声4-7分钟；

b、将步骤a中处理后的三维泡沫镍放到镀铜溶液中，以铜片为阳极，三维泡沫镍为阴极，在电流密度为0.01-0.05A/cm²的电流下使用多功能脉冲电镀电源电沉积500-700s；

c、将步骤b中电化学沉积了铜的三维泡沫镍用超纯水清洗，然后再在超纯水中超声4-7分钟；

d、将步骤c中经过超声后的三维泡沫镍放到镀钴溶液中，以钴棒为阳极，镀铜超声后的三维泡沫镍为阴极，在电流密度为0.01-0.05 A/cm²的电流下使用多功能脉冲电镀电源电沉积500-700s；

e、将步骤d中电化学沉积过铜和钴的三维泡沫镍用超纯水清洗，再置于超纯水中超声4-7分钟后；

f、上述步骤a、b、c、d、e中的环境温度为10-30℃，即可得到三维泡沫镍负载铜和钴的复合析氢电极。

优选地，所述步骤b中的镀铜溶液或为焦磷酸盐镀铜溶液，或为碱性无氰镀铜溶液，或为酸性镀铜溶液。

优选地，所述步骤d中的镀钴溶液或为硫酸盐镀钴溶液，或为氯化物体系镀钴溶液。

优选地，所述焦磷酸盐镀铜溶液或为焦磷酸铜溶液，或为焦磷酸铜溶液与焦磷酸钾溶液、柠檬酸铵溶液中一种或两种的混合液；所述碱性无氰镀铜溶液或为五水硫酸铜溶液，或为五水硫酸铜溶液与缩二脲溶液、氢氧化钠溶液、甘油中一种或一种以上的混合液；所述酸性镀铜溶液或为五水硫酸铜和硼酸的混合液。

优选地，所述硫酸盐镀钴溶液或为七水硫酸钴溶液，或为七水硫酸钴溶液与三乙醇胺溶液、ZCA添加剂中一种或两种的混合液；所述氯化物体系镀钴溶液或为六水氯化钴溶液，或为六水氯化钴与硼酸的混合液。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明制备的三维泡沫镍负载铜和钴的析氢电极，通过使用三维多孔泡沫镍做载体，有效的增加了接触反应面积。

2、本发明制备的三维泡沫镍负载铜和钴的析氢电极，通过电化学沉积铜和钴在泡沫镍上面，利用其协同效应，大大降低了泡沫镍的析氢过电位，提高了电催化析氢的性能和电极的稳定性。

3、本发明中将非贵金属铜和钴与泡沫镍有效的结合起来，相比其他负载有贵金属元素析氢电极，原材料来源丰富，价格便宜，大大的降低了生产成本。

4、本发明通过电化学方法依次沉积铜薄层和钴薄层，该工艺成熟稳定、易于控制、受环境影响小。