[发明专利]一种Ni-Cr-Al-Cu多孔材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ni‑Cr‑Al‑Cu多孔材料的制备方法。本发明采用粉末反应合成法，将高纯度的Ni、Cr、Al、Cu四种粉末按一定比例配好，其中Cr、Al、Cu粉共占总含量的22～45wt％，将配好的粉末混合均匀、干燥后，加入硬脂酸再次干燥，压力成型获得生坯，利用固相偏扩散的原理对生坯进行真空烧结制备Ni‑Cr‑Al‑Cu多孔材料。本发明制得的多孔材料具有较低的析氢过电位、较大的比表面积、优良的耐腐蚀性、良好的催化性、稳定的工作性能，其制备工艺简单环保，在电解析氢领域有潜在的应用价值，产生重要的意义。

技术领域

本发明涉及一种多孔材料的制备技术，特别是涉及一种可用于海水等碱性环境下的电解析氢的Ni-Cr-Al-Cu多孔材料的制备方法。

背景技术

水是人类生存和发展的基础资源。地球上水资源的总量中淡水只占2.5％，而海水占具有绝对优势的97.5％，从某种意义上讲海水是一种取之不尽、用之不竭的可再生战略性资源。众所周知，我们国家是名副其实的海洋大国，300万平方公里可管辖的海洋国土。大陆海岸线约为1.8万千米，居世界第四，大陆架面积位居全世界第五。因此中国的海水资源异常丰富，如果能得到正确的利用，将会产生很大的经济效益和政治成果。

同时，由于石油、煤炭等不可再生资源的大量使用，环境每况日下，雾霾情况由之前的罕有，到现在谈“霾”色变，由此引发的环境问题使得全球对新能源和清洁型能源的需求愈来愈强烈。氢能源由于其能量密度高，清洁且无污染，是一种典型的可以替代化石燃料、减少排放的新型清洁型能源而备受青睐。当前，氢的制取和储运是制约氢能发展的关键因素之一。在几种制氢方法中，电解水制氢具有操作简便、制氢效率高、几乎不产生污染等优点，应用比较广泛。但在目前的电解水制氢领域中，有关电解析氢材料的研究较少，特别是针对资源丰富的海水制氢的研究更少。当前在用的电解析氢材料存在析氢效率低、能耗大、抗碱蚀性能差、质量不稳定等问题，难以满足市场需求，特别是不能够满足远洋运输和海洋科考等对清洁能源需求紧迫的电解海水制氢技术的要求。因此，迫切需要开发适于海水制氢的高性能电解析氢材料。

多孔材料一方面由于具有较大的比表面积，其实际电解催化效应高，从而可以降低电解析氢所需要的能源消耗，另一方面可以通过添加不同的元素来改善其本征电解催化能力。故多孔材料是一种重要的电解析氢材料，在电解析氢领域中有着不可取代的地位。Ni属于中超电势金属,在电流密度1A/cm²的前提下,大约在0.5～0.7V之间。催化性能好的Ni多元合金电极,其吸附氢的能力强；脱氢能力也强。 Ni电极上，H⁺容易还原，对H原子的吸附也较强，但不利于氢脱附。 H₂的析出先经历电化学还原，形成吸附于Ni电极表面的氢原子，即先形成Ni-H键；然后发生Ni-H键的断裂，形成氢分子；电极材料 Ni对H₂的析出电催化性能与Ni-H键的强度有密切关系。Ni合金电极对析氢反应的催化活性较高。就电化学活性方面,几乎所有的Ni合金电极均强于目前工业上广泛使用的低碳钢和镀Ni阴极。因此，Ni 基多孔合金电极是一种良好的电解析氢阴极材料。

发明内容

本发明为海水等碱性环境下的电解析氢和工业过滤提供一种有效的多孔材料，其孔隙丰富且分布均匀，比表面积大，电催化活性大，可解决水制氢技术、特别是海水等碱性环境的电解制氢中存在的催化效率低、耐腐蚀性不好、析氢不稳定和制备成本高的问题，克服工业过滤领域过滤效率低、力学性能差和稳定性差和维护成本高的问题。

本发明公开了一种Ni-Cr-Al-Cu多孔材料的制备方法，其具体制备方法包括以下步骤：

(1)粉末配制：将Ni、Cr、Al、Cu四种高纯元素粉末按一定质量百分比配好，其中Cr、Al、Cu粉共占总质量的22～55％，余量为Ni；

(2)粉末处理：将配制好的粉末放在V型混粉机上匀速混合 8～16h后，加入粉末总质量1～4％的硬脂酸，再在40～60℃普通干燥箱中干燥8～12h；