[发明专利]一种高效Ni-S-Mo析氢电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氢气制备领域，具体涉及一种低能耗Ni-S-Mo析氢电极及其制备方法。

背景技术

现代人类的生活与能源密不可分，能源是现代经济的极速发展的根基，同时也是社会发 展的重要战略物资。随着传统化石燃料的消耗和环境污染压力的增加，我们急需需要开发新 能源。现在进行研究的新能源中现在进行研究的主要有水电资源、核能、风能、生物质能、 太阳能、氢能、页岩气、海洋能等。在众多的新能源中，氢能是其中最有发展潜力的。

目前，制氢技术主要有四种。一种是通过消耗煤、石油、天然气等化石能源得到的非再 生氢，一种是通过电解水来制备氢气，一种是太阳能制氢，还有一种方法是生物制氢。

水电解制备氢气的方法可靠、清洁。然而水电解制氢相较于其他制备方法，需要较高的 能量消耗。因此被称为“电老虎”。故而，降低水电解制氢的能耗是业内人士一直追求的目标。 水电解制氢技术中，碱性水电极技术成熟，操作简单，目前应用广泛。电解水的本质是将电 能转化为化学能。减少能耗来降低成本是推进大规模工业生产需要解决的难题。能耗与电解 水过程中存在的阻抗有关。电解过程中，主要的三种阻抗是电子电阻、电化学反应阻抗和传 递阻抗。其中主要的电化学反应阻抗大小取决于电极表面活性，而电极表面活性的大小由电 极的析氢和析氧过电位来体现。阴极作为碱性水电解产氢电极，其析氢过电位的高低和机械、 化学稳定性的强弱对系统能耗和安全稳定运行有着较大的影响。

影响阴极析氢电极材料电催化析氢活性的因素主要有两个因素，即能量因素和几何因素， 能量因素为金属－氢键的键能，具有适量吸附氢特性的金属易于形成活性较高的金属合金； 几何因素为电极材料的比表面和表面结构形态。多年来，为降低电解析氢电极的过电位、提 高电催化析氢活性、降低能耗，许多科技研究工作者围绕能量因素和几何因素，开发了许多 新的析氢电极材料。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种高效Ni-S-Mo析氢电极及其制备方法， 克服现有技术中析氢电极制备能量消耗高，工业化生产困难的问题。

本发明的技术方案是：一种高效Ni-S-Mo析氢电极，所述电极采用纳米钼颗粒作为钼元 素来源，采用复合电沉积的方式，将纳米钼颗粒均匀掺杂于催化层中，从而制备出的含有纳 米钼颗粒的高效Ni-S-Mo析氢电极。所述纳米钼颗粒粒径在5～100nm。

一种高效Ni-S-Mo析氢电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)导电基底的预处理；

(2)电沉积制备Ni-S中间层；

(3)电沉积制备Ni-S-Mo催化层，得到Ni-S/Ni-S-Mo电极。

所述步骤(1)导电基底为镍板或泡沫镍。

所述步骤(1)基底的预处理方法为：

当基体为镍板时，首先对其进行打磨处理，此处采用20目和60目砂纸，打磨后用去离 子水冲洗清洁；然后对镍板进行碱洗除油，其步骤是将碱洗液置于恒温水浴锅升温至100℃ 后把机械加工的镍箔放入其中，恒温处理1h，碱洗液配方为：质量分数10％的氢氧化钠、质 量分数2％的碳酸钠；之后用去离子水冲洗干净；之后将镍箔进行酸洗处理：放入酸液中浸泡 30min，酸洗液配置方法为将浓盐酸和去离子水按照1:2的体积比混合；之后用去离子水冲洗 直至pH为中性，待用；

当基体为泡沫镍时，需要进行电解除油；先后将泡沫镍作为阴极和阳极，放置于电解液 中，分别电解15min，电流密度均为40mA·cm^-2；电解液成份为：氢氧化钠40g·L^-1，碳酸钠 25g·L^-1，磷酸钠25g·L^-1；经过除油处理的电极，反复用去离子水冲洗至pH值为中性。

所述步骤(2)Ni-S中间层的制备方法为：

采用电沉积方式，以处理好的导电基底为工作电极，Ni板为对电极；Ni-S镀液的成分为： 硫脲25g·L^-1，硫酸镍100g·L^-1，氯化镍30g·L^-1；镀液温度为20～30℃；电镀过程中，电流密 度为20～30mA·cm^-2，沉积时间为10～25min；电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液， 自然风干后得到Ni-S中间层。

所述步骤(3)Ni-S-Mo催化层的制备方法为：