[发明专利]一种泡沫镍负载氧化亚铜八面体催化剂的制备及其在电解海水制氢中的应用

说明书

本发明属于水解制氢技术领域，具体涉及一种泡沫镍负载氧化亚铜八面体催化剂的制备及其在电解海水制氢中的应用，本发明通过原位工艺制备得到一种泡沫镍负载氧化亚铜八面体催化剂，即将清洗后的泡沫镍快速浸入温热的CuSO₄溶液中，取出进行冲洗后在空气中暴露一段时间，最后经干燥制备得到。本发明的泡沫镍负载氧化亚铜八面体催化剂不仅能在海水电解液下进行，解决海水析氢的部分难题，经济环保，还可以达到取代贵金属的要求，更具备高孔隙率，高稳定性和自支撑等优势。

技术领域

本发明属于水解制氢技术领域，具体涉及一种泡沫镍负载氧化亚铜八面体催化剂的制备及其在电解海水制氢中的应用。

背景技术

在应对全球能源，特别是化石能源过度使用所造成的气候变化等环境问题上，发展可持续的、清洁的、高效的能源是一种有效的方式。氢(H₂)由于其高重量能量密度(142MJkg^-1)、来源广泛、零碳排放等特点，被认为是一种很有前途的传统化石燃料替代能源载体。其中，电化学水解是一种很有前途的生产氢能源的方法，该方法简单环保、收率高、产品纯度高。电化学水解包括两个半反应，在阴极的析氢反应(HER)和在阳极的析氧反应(OER)。但在商用的水电解槽中，驱动水解所需的电池电压(1.8-2.0V)远远大于理论值(1.23V)，导致水电解槽能耗高。虽然采用贵金属Ru的氧化物和Pt来催化水裂解能在一定程度上解决能耗高的问题，但其价格昂贵，数量稀少且耐久性差，导致它们的大规模应用受到限制。因此，开发来源丰富且耦合良好的OER和HER催化剂对于实现高效的水分解是非常必要的。

过渡金属由于拥有独特的电子结构和化学特性，且含量丰富、容易获取，对其进行结构调控提高OER和HER性能后有望应用于水的催化裂解。然而，目前所制备的过渡金属电催化体系大多是在包含酸、碱或缓冲液的高纯蒸馏水电解质中操作的，鲜有利用海水进行电催化水裂解的报道，主要是因为天然海水中包含有数百种不同的杂质，会导致催化剂中毒和不明副反应的产生。但地球上可获得的水资源约97％为海水，因此开发能够电催化海水析氢的过渡金属催化体系成为近年来研究的热点。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种泡沫镍负载氧化亚铜八面体催化剂的制备方法，制备得到的催化剂具有应用于电解海水制氢的潜力。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种泡沫镍负载氧化亚铜八面体催化剂的制备方法，该方法包括以下步骤：

S1、对泡沫镍进行清洗处理后干燥后；

S2、将处理后的泡沫镍快速浸入温热的CuSO₄溶液中，取出进行冲洗后在空气中暴露一段时间，最后经干燥得到泡沫镍负载氧化亚铜八面体催化剂(记为八面体Cu₂O/NF)。

本发明采用原位工艺制备得到八面体Cu₂O/NF，作为集成电极，可有效克服纳米粒子作为电极材料的缺点，直接使用自支撑材料作为电极具有扩大电化学表面积、加速电解液扩散、利于气泡从催化剂表面迁移等诸多优点，从而提高电催化剂的性能。此外，在集成电极上原位生长的纳米结构催化剂Cu₂O由于具有更好的界面接触和无粘结剂特性，可以有效地改善电子转化，经研究发现，本发明的Cu₂O/NF在模拟海水中有良好的析氢性能，有望应用于电解海水制氢。

优选地，所述CuSO₄溶液的浓度为0.5M-1.5M。具体地，所述CuSO₄溶液的浓度为1M。

优选地，所述泡沫镍在CuSO₄溶液中的浸泡时间为7s-15s。具体地，所述泡沫镍在CuSO₄溶液中的浸泡时间为10s。

优选地，所述CuSO₄溶液的温度为70℃-90℃。具体地，所述CuSO₄溶液的温度为80℃。