[发明专利]海绵结构合金负载三元氧化物层析氢电极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及析氢电极材料领域，特别是一种海绵结构Ni-Cu-La-Y合金负载CuO/NiO/RuO₂三元氧化物层的析氢电极材料的制备方法。

背景技术

能源和环境在社会和经济发展中的重要性日益突显；迄今为止，化石燃料提供人类80％以上的能源，化石燃料的使用不仅严重污染环境，而且其储量也日渐枯竭。氢作为高效的清洁能源受到越来越广泛的重视，电解水反应是实现大规模工业化制备氢气的有效途径，而降低析氢过电位是降低电解水制氢能耗的核心技术。镍合金对电解析氢过程有较显著的电催化活性，但是该催化活性还不能满足大规模工业电解制备氢气的要求。所以，急需研发适于大规模工业生产的化学性能稳定且具有低析氢过电位的新型析氢电极材料。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种海绵结构合金负载三元氧化物层析氢电极材料的制备方法，其所制备的新型析氢电极材料具有优良的化学稳定性和电催化活性，同时具有优异的低析氢过电位和高比表面积，可应用于低能耗电解水制备氢气的大规模工业生产。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种海绵结构合金负载三元氧化物层析氢电极材料的制备方法，由以下步骤组成：

S1.海绵结构La-Y基层的有机溶剂电沉积；

S2.La-Y基层表面Ni-Cu中间层电沉积；

S3.Ni-Cu中间层表面Ni-Cu及RuO₂颗粒复合电沉积；

S4.原子扩散处理；

S5.Ni-Cu-La-Y合金基体负载RuO₂层的阳极氧化。

作为进一步的优选实施方案，所述步骤S1具体包括如下操作：

a1.聚氨酯海绵模型的导电化处理：将纳米碳粉、纳米铜粉、2-羧丙基纤维素、异丁醇和尿素与去离子水混合均匀后形成导电浆料；将聚氨酯海绵模型在导电浆料中充分浸润后，在室温条件下经2～6小时干燥后获得导电聚氨酯海绵模型。

a2.海绵结构La-Y基层的有机溶剂电沉积处理：将浓度为分析纯的硝酸钇、氯化镧、硝酸镧、三乙醇胺、丙酮依次加入到无水乙醇中，形成电沉积液A；以导电聚氨酯海绵模型作为阴极，铜板为阳极，在10～50mA/cm²的电流密度下进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积2～6小时。

作为进一步的优选实施方案，所述导电浆料中各组分的质量百分比分别为：纳米碳粉5～15％、纳米铜粉10～30％、2-羧丙基纤维素2～10％、异丁醇1～5％，尿素3～9％，其余为去离子水。

作为进一步的优选实施方案，所述电沉积液A中各组分浓度分别为：硝酸钇20～300g/L、氯化镧50～180g/L、硝酸镧10～80g/L、三乙醇胺15～120mL/L、丙酮200～460mL/L。

作为进一步的优选实施方案，所述步骤S2具体为：

将浓度为分析纯的硫酸镍、硫酸铜、烷基苯磺酸钠、纳米铜粉、硼酸和丙醇二酸加入到去离子水中，混合均匀后形成电沉积液B；以已经电沉积La-Y基层的聚氨酯海绵模型基体作为阴极，金属铜板为阳极，在60～300mA/cm²的电流密度下进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积0.5～2小时。

作为进一步的优选实施方案，所述电沉积液B中各组分浓度分别为：硫酸镍140～320g/L、硫酸铜60～140g/L、烷基苯磺酸钠6～28g/L、纳米铜粉30～70g/L、硼酸20～40mL/L、丙醇二酸5～30g/L。

作为进一步的优选实施方案，所述步骤S3具体为：

将浓度为分析纯的硫酸镍、硫酸铜、烷基苯磺酸钠、RuO₂纳米颗粒、硼酸和丙醇二酸加入到去离子水中，形成电沉积液C；以已经在La-Y层表面电沉积Ni-Cu中间层的聚氨酯海绵模型基体作为阴极，金属铜板为阳极，在10～60mA/cm²的电流密度下进行电沉积，并以超声波搅拌，在室温下电沉积30～50分钟。

作为进一步的优选实施方案，所述电沉积液C中各组分浓度分别为：硫酸镍80～240g/L、硫酸铜40～90g/L、烷基苯磺酸钠3～20g/L、RuO₂纳米颗粒50～150g/L、硼酸15～30mL/L、丙醇二酸10～40g/L。

作为进一步的优选实施方案，所述步骤S4具体为：