[发明专利]氢气氧化与还原双功能催化电极及制备方法

说明书

一种氢气氧化与还原双功能催化电极及制备方法，该氢气氧化与还原双功能催化电极的制备方法，包括：将第一金属放入第二金属的盐溶液中浸泡，经自发置换反应以及腐蚀反应得到第二金属与第一金属氢氧化物的复合物，并且所述复合物负载于所述第一金属上，所述第一金属为泡沫金属、金属箔、金属片或金属/碳复合材料；其中，当所述第一金属为泡沫金属时，所述复合物负载于所述第一金属即形成氢气氧化与还原双功能催化电极；当所述第一金属为金属箔、金属片或金属/碳复合材料时，将所述复合物收集后涂在气体扩散层材料上，所述复合物负载于所述气体扩散层材料上即形成氢气氧化与还原双功能催化电极。

技术领域

本发明涉及储能领域，特别涉及氢气氧化与还原双功能催化电极及制备方法。

背景技术

随着日益增长的全球能源消耗以及人们对大气环境污染问题的重视不断推动着可再生能源技术的发展。利用氢能和电能作为能源载体吸纳间歇的风能和光能将是未来向可持续能源结构转型的关键一环。近年来，可再生发电在我国占比越来越高，但受限于不发达的规模级储能技术，导致大量风电光电被弃用。最近，基于氢气氧化与还原(HER/HOR)反应为电极对的氢气电池因为低成本，高倍率，高安全性，超长寿命被视为是一种极具前景的大规模储能技术。实现高效储能最重要的前提是获得高活性的催化剂电极。但目前对于氢气电池的氢气氧化与还原(HER/HOR)的双功能催化电极的研究还未展开，主要技术背景仍然是以电解水电极以及燃料电池催化电极为参考。

目前电解水和燃料电池的催化电极材料设计仍然以铂碳(Pt/C)催化剂为主，开发HER/HOR双功能催化电极主要是利用Pt/C催化剂和粘结剂涂敷在气体扩散层(GDL)材料上，不仅制造成本高，而且制造工艺相对复杂，粘结剂的使用降低了催化剂的活性。基于自支撑催化电极的改进将是解决相关问题的有效途径。现有利用水分解制氢的电化学催化剂的制备方法为：首先制备镍钛铜的三元合金，然后在把合金加工为厚度20微米左右的条带。采用电化学脱合金的方法，对铜选择性腐蚀，制备出三维带有纳米片状的自支撑镍钛铜催化剂，但所述方法能耗高，工艺复杂。Co-Ni-P-S催化材料原位生长在复合基底上形成稳固的3D自支撑催化电极，具有更快的电子转移过程且提供了充足的途径，提高了电极催化活性和稳定性。但是所用的水热法不具备大规模使用前景。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供氢气氧化与还原双功能催化电极的制备方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种氢气氧化与还原双功能催化电极的制备方法，包括：将第一金属放入第二金属的盐溶液中浸泡，经自发置换反应以及腐蚀反应得到第二金属与第一金属氢氧化物的复合物，并且所述复合物负载于所述第一金属上，所述第一金属为泡沫金属、金属箔、金属片或金属/碳复合材料；其中，当所述第一金属为泡沫金属时，以所述第一金属为基底，所述复合物负载在所述第一金属，即形成氢气氧化与还原双功能催化电极；当所述第一金属为金属箔、金属片或金属/碳复合材料时，以气体扩散层材料为基底，将所述复合物收集后涂在所述气体扩散层材料上，即形成氢气氧化与还原双功能催化电极。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种利用如上所述的制备方法制备的氢气氧化与还原双功能催化电极，包括：第二金属和第一金属氢氧化物的复合物及基底，其中，所述复合物负载在所述基底上，所述基底为泡沫金属或者气体扩散层材料。

从上述技术方案可以看出，本发明的氢气氧化与还原双功能催化电极及制备方法具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)本发明的氢气氧化与还原双功能催化电极，以泡沫金属或者气体扩散层材料为基底，负载有第二金属与第一金属氢氧化物的复合物，在第二金属为主，第一金属氢氧化物为辅的共同作用下，表现出优异的氢气氧化与还原双功能催化活性。