[发明专利]一种析氢析氧催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一种析氢析氧催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)准备泡沫镍基材，对泡沫镍基材进行预处理；(2)原位生长法，配制NaOH溶液，将NaOH溶液和泡沫镍混合置入反应釜中反应，反应完成后对泡沫镍进行冲洗，干燥，得到Ni(OH)₂/泡沫镍电极；(3)电沉积法，以KMnO₄为锰源，配制电沉积液，惰性石墨电极为阳极，Ni(OH)₂/泡沫镍电极为阴极，外加恒电流进行电沉积，制备得到MnO₂‑Ni(OH)₂/泡沫镍电极。本发明析氢析氧催化剂的制备方法，采用原位生长和电沉积法制备MnO₂‑Ni(OH)₂/泡沫镍，MnO₂、Ni(OH)₂呈微米形状负载于泡沫镍上，提高了原泡沫镍电极材料的表面积，促进了电极的电催化活性。由Ni(OH)₂和MnO₂复合的析氢析氧催化剂MnO₂‑Ni(OH)₂/泡沫镍，可以作为电解水装置的阴阳极。

技术领域

本发明涉及电解水技术领域，特别涉及一种析氢析氧催化剂的制备方法。

背景技术

能源和环境是人类赖以生存的基础，社会持续发展的动力。目前，世界能源主要来源于煤炭、石油和天然气等化石能源，其形成的过程非常漫长，而随着全球人口的激增及经济的发展，人类对化石能源的开采速度远大于其累积速率。同时，化石能源燃烧时排放大量的二氧化碳、氮氧化物和粉尘等污染物，带来了雾霾、酸雨和温室效应等环境问题，严重的威胁到人类的健康与生存。在一定的程度，人类进一步加剧了世界的能源危机和环境问题。但为了解决当前能源危机和环境问题，来实现人类社会和环境的可持续发展，我们除了要提高环保意识，注重生态保护，更加紧迫的是寻找新的替代能源和清洁能源，尤其是可再生能源。

现今，存在的可再生能源包括太阳能、风能、水能、地热能、潮汐能等，这些能源均来自太阳，可以重复产生利用。并且人们对可再生资源的开发和利用已经有了很大发展和进步，但是由于这些能源在换能和储能方式受到天气、地理等多方面因素的影响，在实际生活中只能实行间歇式供能。而氢能作为可储存、高效、清洁和可再生的新能源，成为21世纪最具发展潜力的清洁能源，但是如何可持续地产氢是未来人类步入氢能经济首先要解决的问题。

利用太阳能电解水制备氢气，被认为是最有前途和可持续的产氢途径，但目前相对昂贵的电解水成本限制了电解制氢技术的发展。水解的吉布斯自由能小于0，从热力学角度来说无法自发进行，所以要求高效催化剂通过降低活化能来提高反应速率、降低能耗。水电解总反应式包含两个半反应式：阴极半反应和阳极的半反应。Pt族金属和Ru、Ir基化合物分别被认为是HER和OER活性最先进的催化剂，IrO₂和Pt用于OER和HER，在施加外部电压1.5V时就可达到10mA·cm^-2电流密度(用于集成太阳能水分解)。但是由于Pt、Ir、Ru都是贵金属，生产成本高，不利于大批量的使用，迫切寻找地球上丰富且高催化活性、稳定性好的非贵金属替代这些贵金属催化电解水。同时，为了进行持续水裂解反应，必须使HER和OER的催化剂放在相同的电解液中，考虑到一般HER催化剂在酸性溶液中的过电位比较低、催化活性高和材料稳定性好，而OER催化剂通常只有在碱性溶液中才具备更高的催化活性和材料稳定性等特点，因此，从简化水电解系统的复杂性，降低系统成本的角度出发，地球含量丰富的非贵金属析氢析氧催化剂成为目前国际研究热点之一。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种析氢析氧催化剂的制备方法，制备得到的催化剂适用于同一种电解液中进行析氢和析氧反应，能降低催化剂的成本及析氢、析氧的过电位，提高催化剂的催化性能，为电解水装置提供阴阳极催化剂，保证电解水产氢快速、高效进行。