[发明专利]化学镀法制备一种高效电解水析氢催化剂的方法

说明书

本发明公开了应用化学镀法制备一种高效电解水析氢催化剂的方法。为改进和提高现有电解水析氢催化剂在碱性电解液中HER的催化活性和稳定性，本发明制备了一种简单、易操作、易于工业化的化学镀沉积的镍‑钴‑磷高效催化剂，降低了碱性电解水催化剂的过电位，提高了电流密度。该方法包括：配制不同比例的化学镀液，以金属泡沫为基底，在不同反应温度和不同反应时间下沉积得到镍‑钴‑磷高效复合催化剂。该复合催化剂中，镍‑钴‑磷活性物质直接沉积在金属泡沫上避免了使用粘结剂，增加了催化剂在碱性电解液中的电化学性能，提高其导电性和稳定性，增加了电子传输速率。本发明制备的催化电极突出的特征是催化剂与基体结合牢固，电化学稳定性好，使用寿命长。

技术领域

本发明属于电解水制氢催化剂制备领域，其介绍了化学镀法制备一种高效电解水析氢催化剂的方法。

背景技术

近年来，由于全球二氧化碳排放量逐年增高，石油、煤炭等传统能源逐渐被潮汐、风力等清洁性能源替代。但是，清洁能源具有间歇性、随机性、波动性等局限性，使其发展受到严重的限制。氢能作为一种高能量密度的能源，具有来源广泛、洁净、可循环、基本实现零污染且可规模储存等优点，应用前景非常广泛。

在水电解过程中，存在析氧(OER)和析氢(HER)两个核心反应，水分解的热力学电压为1.23V。但在实际的电解水过程中，往往要施加高于1.23V的电压才能实现水的分解。额外加上去的电压主要用来克服阴阳极本身固有的活化势垒。而高活性的催化剂能够降低过电位，加快反应速率。

在碱性电解液中，为克服析氢过程中电流密度小，稳定性差等不足，各种过渡金属化合物为基础的材料，如磷化物、硒化物、碳化物、硫化物和氮化物等被研究。其中，由于钴、镍金属元素在地壳中含量丰富，独特的d电子构型等优势，是目前制备电解水催化剂普遍使用的过渡金属元素。鉴于上述优点，本发明制备了一系列基于钴、镍基的高效、廉价、稳定的析氢催化剂。这一发明对于本领域内的工业发展具有重要的现实意义。

发明内容

为改善现有催化剂过电位大、稳定性差的问题，发明人对用化学镀法制备高效电催化剂进行了深入的研究，通过大量实验发现对各种金属泡沫基底进行预处理后通过化学镀法原位沉积镍-钴-磷金属合金能够制备稳定性高、过电位低的析氢电催化剂。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

(1)金属泡沫基底的预处理步骤：其包括将金属泡沫基底在1M HCI中超声清洗去除表面氧化物，再用丙酮、乙醇清洗去除表面污渍，持续用去离子水清洗至表面污渍完全清洗干净，完成金属泡沫基底预处理。

(2)镀液配制步骤：称量还原剂次亚磷酸钠，络合剂丁二酸钠，缓冲剂硫酸钠，将其溶于去离子水中，称量不同比例的金属盐溶于上述溶液中，搅拌30min，使其完全溶解分散。

(3)化学镀实验：将步鄹(1)中预处理的基底浸入步鄹(2)中已配制的化学镀液中，分别在40℃、60℃和80℃下发生化学镀反应5～240min，待反应完成，取出基底用无水乙醇和去离子反复冲洗数次，在60℃下干燥后得到所制备的催化剂Ni-Co-P/NF。

(4)采用CHI760E电化学工作站进行测试，测试温度为室温，以(3)中所合成的Ni-Co-P/NF催化剂作为自支撑电极，对其进行电解水析氢性能测试。

附图说明

图1是Ni-Co-P/NF催化剂化学镀反应60min扫描电子显微镜图片；

图2是Ni-Co-P/NF催化剂化学镀反应120min扫描电子显微镜图片；

图3是Ni-Co-P/NF催化剂化学镀反应180min扫描电子显微镜图片；

图4是Ni-Co-P/NF催化剂化学镀反应240min扫描电子显微镜图片；

图5是Ni-Co-P/NF化学镀在不同反应时间下材料的极化曲线。