[发明专利]一种镍基析氢电极材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料及其制备方法。该镍基析氢电极材料的表面活性涂覆层的原子含量百分比组成为：Mo 10～20％，Co 0.8～1.8％，其余为Ni，其中，钼与钴的原子含量比为8～12。其制备方法包括以下步骤：(1)制备PS微球；(2)对PS微球进行表面改性；(3)采用电沉积法制备PS/Ni复合材料；(4)热处理去除PS模板制备泡沫镍；(5)利用稀酸溶液对泡沫镍进行酸刻蚀；(6)配制活性涂覆液；(7)泡沫镍表面覆盖Ni‑Mo‑Co活性涂层；(8)后处理得到Ni‑Mo‑Co泡沫析氢电极。本发明的镍基析氢电极材料的析氢过电位仅45～75mV；电极通电持续时间为200～350h，完全满足析氢电极对高活性、高耐腐蚀性的要求。

技术领域

本发明涉及一种高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。

背景技术

在现有世界能源格局中，煤炭、石油、天然气传统能源仍占有相当大比例，但伴随着传统化石燃料能源储产比逐年降低以及化石燃料能源消费所带来环境污染问题的日益加剧，各种新能源或可再生能源的开发利用已备受世界各国的高度关注。在各种新能源和可再生能源中，氢气被视为最为理想的能源载体。它不仅能够作为燃料提供较高燃烧热，不产生环境污染，而且还可以通过化学能向电能转变方式为燃料电池提供动力保证，因此，氢能源被认为在未来的能源格局构成中将扮演重要角色。

工业化大规模、廉价地生产氢是开发和利用氢能的首要环节，目前已发展的制氢方法有很多，例如：生物制氢、化石燃料制氢、电解水制氢、太阳能制氢等。在各种制氢技术中，利用新能源和可再生能源所产生的富余能转变为氢能的方式被认为是最具有发展潜力的技术，其中电解水制氢具有产品纯度高、工业化成熟、无污染等优点，且其原材料海水也是人类取之不绝用之不尽的“氢矿”，因此，电解水制氢技术被认为是未来通向“氢经济”的最佳途径。

在目前电解水制氢生产工艺技术中，离子膜法以工艺简单、污染小、能耗相对较低而成为制氢生产工艺的主流技术，但目前在工业中广泛使用的镍网基贵金属氧化物析氢电极的阴极过电位较高，耐腐蚀性能较差，因此如何进一步开发出具有高催化活性，高耐腐蚀性能的镍基析氢电极已成为电解水生产企业的首要问题，而且更为重要的是性能优异的析氢电极能够直接有效的降低电解水过程中的能耗，为氢能源的开发和利用提供更为有利的技术支持。

发明内容

本发明的主要目的在于弥补现有镍网基贵金属氧化物析氢电极的不足，开发出一种高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料。

本发明的另一目的在于提供一种所述高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料的制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种镍基析氢电极材料，其表面活性涂覆层的原子含量百分比组成为：Mo 10～20％，Co 0.8～1.8％，其余为Ni，其中，钼与钴的原子含量比为8～12。

在该镍基析氢电极材料中，所添加合金元素的作用如下：

钼：在高电流密度电解条件下，Mo元素有溶出效应，进而能够在合金中形成多孔结构，因此能够增加电极的表面积；另一方面由于镍和钼形成合金后，由于两种元素之间的协同效应，能够有利于对活性氢的吸脱附；而Ni-Mo合金的协同效应可以解释为：Mo元素的电子结构为4d⁵s¹，其d轨道为半充满的状态，而Ni元素的电子结构为3d⁸4s²，其有未成对的d层电子，二者合金化以后形成具有较强的Ni-Mo化学键，而形成的化学键有利于活性氢吸脱附的电子结合状态，因此使之具有较高的催化活性。