[发明专利]一种析氢电极及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种析氢电极及其制备和应用。具体而言，本发明以泡沫金属为基底，将泡沫镍经过清洗处理后，在其表面电化学沉积一层颗粒状镍、钴、钼的一种或两种以上的合金，在含氯离子溶液中经过室温陈化，使电镀层表面形成一层纳米级厚度的纳米片状氢氧化物，氢氧化物为电沉积金属对应的氢氧化物，再化学沉积微量铂，继续室温陈化以增加氢氧化物的厚度，得到多级孔道结构的析氢电极。本方法制备的析氢阴极的铂载量低，在铂载量低于10ug/cm²时，依然具备优异的析氢质量比活性，在镁水电池应用时稳定性良好。

技术领域

本发明涉及一种超低铂载量析氢电极；本发明还涉及所述析氢电极的制备方法和应用。

背景技术

镁水电池的阴极以水为氧化剂，克服了传统镁-溶解氧电池对氧需求的限制，相比镁-溶解氧电池可以实现更高功率密度和更稳定的电能输出。镁水电池阴极为水氧化析氢反应，良好的析氢性能是提高电池性能的关键之一。

目前的报道的催化剂在近中性环境中的析氢催化活性仍以含铂催化剂最佳，但其因地壳储量少且应用广而价格高昂，现在关于氢析出电催化剂的研究主要集中于如何降低铂载量。降低铂载量主要有两条途径，一是增加铂的比表面积，让同质量的铂暴露出更多的活性位点，如将铂制备成单原子层、纳米线、纳米颗粒或纳米簇，甚至单原子催化剂；另一条路径是进一步增加含铂催化剂的催化活性，如与其他元素形成合金，或者在特定的基底上生长铂而改变铂对氢的吸脱附本征性质而提高铂的催化活性，从而有效降低铂载量。

这两条路径最典型的代表就是商业化的Pt/C催化剂，但催化剂制备成电极需要相应的粘结剂，粘结剂的使用会使催化剂的活性和稳定性受损。但直接在电极基底上制备无粘结剂的含铂催化剂的析氢活性不够，很难满足商业化的需求。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，发明了一种具有低铂载量，高活性和稳定性的析氢反应电极，该电极在保证电极析氢活性和稳定性的条件下降低铂等贵金属载量进而降低析氢电极的成本。

本发明采用以下技术方案来实现：

所述电极以泡沫金属为基底，其上负载有金属球状颗粒，颗粒表面覆盖一层纳米级厚度的氢氧化物层和微量的催化剂铂纳米粒子；所述泡沫金属为泡沫镍、泡沫铜、泡沫铁中的一种；金属球状颗粒中的金属为镍、钴、钼中的一种或二种以上，所述金属氢氧化物为氢氧化镍或氢氧化钴或氢氧化钼中的一种或二种以上。

所述析氢电极的金属球状颗粒直径为0.2-3um；所述金属氢氧化物的厚度为50-200nm；所述金属铂纳米粒子的直径为1-50nm。

所述析氢电极表面的金属镀层颗粒堆积而成的孔道在0.5-2um，相邻颗粒相互贴合或颗粒与颗粒之间存在着1-100nm的缝隙，颗粒表面的氢氧化物层具有直径在10-100nm孔道，形成丰富的孔道结构。

所述析氢电极的催化剂铂的载量为2-50ug/cm²，均匀分布在金属镀层表面，铂颗粒被金属的氢氧化物隔开。

所述析氢电极，其特征在于：所述泡沫金属的厚度为0.5-3.0mm，孔道数目为50-200PPI，通孔率95-100％。

述析氢电极的制备方法包括以下步骤；

(1)金属镀层的制备：将泡沫金属浸渍于氯化镍、氯化钴盐或钼酸铵中的一种或二种以上的电镀液中进行电沉积反应；所述电沉积容量为10-300C/cm²，于所述泡沫金属表面得金属颗粒构成的球状颗粒，所述球状颗粒的直径为0.2-3um；

(2)金属镀层的陈化处理：将步骤(1)所得具有金属镀层的泡沫金属置于含氯离子的水溶液中室温陈化处理，至球状颗粒生长出纳米片层状氢氧化物层；