[发明专利]一种高催化活性的非晶金属氧化物析氢电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极，具体地，涉及一种高催化活性的非晶金属氧化物析氢电极（以下简称“催化电极”）及其制备方法，它主要应用于水电解制氢的阴极。

背景技术

氢能是世界公认的清洁能源，它作为低碳和零碳能源正受到人们越来越多的关注。水电解制氢是工业上最重要的制氢方法之一，但其较高的阴极过电位导致电解过程效率较低、电解水能耗较大，因此研究和开发具有高催化性能的阴极材料，降低析氢过电位是减少电解水能耗的有效途径。

镍在碱性电解质中阴极极化条件下有较高耐腐蚀性且析氢效率较高,在传统工业生产中被广泛用作水电解阴极材料。但镍电极比表面积较小，需要经表面处理改善其析氢活性，如热处理由羟基镍分解得到的镍粉或由羟基镍化学气相沉积而生成的多晶镍须，参见《电化学学会杂志》（《Journal of the electrochemistry society》）,1981，128(9)：1877—1880，但其制备工艺复杂且催化活性增加有限。雷尼镍（Raney Ni）特殊的隧道状孔结构和精细裂纹使它具有高的比表面积，且具有高的电化学活性和很好的稳定性，参见《电化学应用杂志》（《Journal of applied electrochemistry》）,1992，22(8)：7 1 1-7 1 6，但其在高电流密度下易极化。

通过采用贵金属铂作为催化剂确实可以较大的降低过电位，实现低能耗制氢。但铂价格昂贵，无法真正工业化生产应用。开发新的廉价、高效电极催化剂是实现清洁、低能耗制氢的重要途径。1980年，史密斯（Smith）在第七届国际催化会议上首次提出非晶合金可以作为催化材料后，引起了人们广泛的关注。与传统催化剂相比，非晶催化剂表面具有浓度较高的不饱和中心，且不饱和中心的配位数具有一定范围，使其催化活性和选择性明显优于相应的晶态催化剂。使得非晶态合金在多相催化中具有极大的吸引力，被认为是2l世纪最有前途的高效清洁催化新材料。

目前非晶态合金的制备方法主要有骤冷法、化学还原法。骤冷法是指将熔融的金属或合金通过各种途径以至少10⁵—10⁶ K/s的速率高速冷却，使熔体中的原子来不及进行规则排列就完成凝固，从而使得液态金属的无序结构得以保持从而形成非晶态。通过这种方法可以大规模制备非晶态合金，但制得的非晶态合金比表面积较小，通常只有0.1—0.2 m²/g，催化活性极低，如果用做催化剂，还需要经过严格、复杂的活化过程，参见《先进催化（Adv. catal.）》，“非晶金属合金催化材料（New Catalytic Materials from Amorphous Metal Alloys）”，莫尔纳.A（Molnar .A），史密斯.G .V（Smim.G .V），巴尔托克.M（Bartok.M）, 1989, 36:329—383。20世纪80年代，人们发展了化学还原法制备非晶态合金并将其用于催化研究。该方法是在室温下用还原性物质(如KBH₄或NaH₂PO₂)还原金属离子，在金属沉积的同时，类金属B或P也随着金属(M)一起沉积下来，从而形成M—B(P)非晶态合金。化学还原法制得的非晶态合金具有比骤冷法所得非晶态合金大得多的比表面积，但该法制备的非晶合金成分不稳定、粒径分布不均匀、易团聚。且其储存困难，在空气中极易被氧化，无法实现工业化应用（参见“非晶态合金催化剂的制备与改性研究进展”,《应用化工》,2010,29(4):592-595)。

因此，开发制备非晶催化剂的新方法，制备出兼具稳定性和催化剂活性的非晶催化剂对于实现非晶催化剂的工业应用具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水电解制氢的析氢催化电解及其制备方法，解决现有水电解析氢催化电极催化效率低、高电流密度下易极化、催化剂易脱落、抗逆电流能力差的问题。

为达到上述目的，本发明提供了一种高催化活性的非晶金属氧化物析氢电极，该电极包含非晶金属氧化物活性涂层，该非晶金属氧化物选择非晶氧化镍、非晶氧化钌、非晶氧化钼、非晶氧化铈、非晶氧化锶中的任意一种或多种。

上述的高催化活性的非晶金属氧化物析氢电极，其中，所述的非晶金属氧化物活性涂层是活性涂层前驱液经热分解、激光辅助法制备得到，所述的活性涂层前驱液为醋酸镍、醋酸钌、醋酸钼、醋酸铈和醋酸锶中的任意一种或多种混合而成。