[发明专利]一种水电解催化剂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及碱性水电解析氢催化剂，具体地说是一种可应用于碱性水电解、可再生式燃料电池或各种电解应用中制氢电极的高效催化剂。

背景技术

氢气是一种清洁、高效的能源载体，它具有可再生、无污染的特点。水电解制备氢气是制氢的一个重要手段，是一种非常成熟的制备高纯氢的技术。目前常采用的是碱性水电解技术，但存在析氢电极过电位高，析氢催化剂效果不太好。

发明内容

本发明的目的是要提供一种改进的用于碱性水电解装置的阴极催化剂，该催化剂基于纳米镍掺杂入其它元素(Mo，Cr，Co中的一种或一种以上)。在反应过程中，所掺杂的第三组分(或第四组分)元素能起到抑制纳米镍微晶长大的作用。而在催化剂中第三(第四)组分含量很低，且呈无定形态存在，对催化剂活性几乎没有不利影响。该催化剂相比于未掺杂过渡金属元素前催化剂有更小的微晶颗粒、更高的催化活性。将它们用于碱性水电解装置时，有低的析氢过电势，长寿命，并能使碱水电解装置有高的耐用性。

为了达到以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种水电解催化剂，其特征在于：所述催化剂可用分子Ni_xM_y表示，其中0＜x≤1，0＜y≤0.4，其中M为Mo，Cr，Co中的一种或一种以上。

作为改进地，其特征在于：所述M占催化剂总重的比例小于10wt％大于0wt％。

作为改进地，其特征在于：所述M占催化剂总重的比例1～5wt％。

一种权利要求1所述催化剂的制备方法，其特征在于：

(1)按所需计量比，将氧化亚镍的可溶性前体化合物以及掺杂元素M的可溶性前体化合物溶于去离子水，上述氧化亚镍的可溶性前体化合物及M的前体化合物于去离子水中的摩尔浓度为1～2mol/L，用碱调节PH值为7～8，得到溶液A；

(2)在A中加入草酸铵搅拌状态下在60-70℃水浴中蒸干，得到混合物B；

(3)将混合物B在60～70℃烘箱中干燥6～12h，在氮中400～600℃焙烧0.5～1.5h，得到固体粉末C；

(4)将固体粉末C用去离子水洗涤后置于真空烘箱中60～70℃烘干，得到催化剂产物。

作为改进地，其特征在于：步骤(1)中所述的氧化亚镍前体化合物可为硝酸镍，氯化镍；步骤(1)中所述的掺杂元素M的前体化合物可为H2MoO4·2H2O，钼酸铵，硝酸钼，硝酸铬，三氧化铬，硝酸钴。

按照所述催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂作为碱性水电解反应中作为析氢催化剂应用。

按照所述任一项的催化剂在可再生式燃料电池(RFC)、传感器、电解制氢装置中的应用，其特征在于：所述催化剂在可再生式燃料电池(RFC)、传感器、电解制氢装置中的应用，如低碳醇电解制氢。

本发明的有益效果体现在：

1、掺杂入第三组分(或第四组分)过渡金属后能够减小催化剂的微晶颗粒，增大催化剂的比表面积，增加催化剂的活性。相比于其它第三(第四)组分掺杂催化剂，本发明所述催化剂为复合物(均一相)，掺杂组分含量低；而其它相关发明所述催化剂多为混合物，掺杂组分单独成相从而影响了催化活性。

2、应用效果好。实验证明，在相同电流密度下采用本发明所述催化剂用于碱性水电解装置阴极时，使用效果优于未掺杂本发明所述元素的催化剂。生产单位体积氢时有较低的比能耗，在相同电流密度下具有更低的电解电压。例如催化剂Ni作为水电解池阴极催化剂时，在600mA/cm2下的电解电压为1.646V；而掺杂了Mo，Co以后的催化剂Ni_0.6Mo_0.3Co_0.1作为水电解池极阴催化剂时，600mA/cm2下电解电压为1.606V；掺杂了W以后的催化剂Ni_0.7W_0.3作为水电解池阴极催化剂时，600mA/cm2下电解电压为1.598V。

具体实施方式

实施例1