[发明专利]一种双层镍阵列结构的电极催化材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种双层镍阵列结构的电极催化材料及其制备方法和应用。本发明的电极催化材料，包括泡沫镍，电沉积于所述泡沫镍表面的第一镍阵列和电沉积于所述第一镍阵列表面的第二镍阵列。本发明的制备方法包括如下步骤：步骤（1）将泡沫镍浸入包含镍盐的第一电沉积液中进行电沉积反应；（2）将步骤（1）所得的产物浸入包含镍盐的第二电沉积液中进行电沉积反应得双层镍阵列结构的电极催化材料。该方法采用泡沫镍为基底，耐腐蚀性好，采用电沉积的方法制备，表面活性物质与基底的结合力好；镍基金属价格低廉，碱性条件下催化性能稳定，且制备工艺简单。本发明所制备的电极材料具有较大的电化学活性面积，极大地提高了材料的催化活性和稳定性。

技术领域

本发明涉及电解水催化析氢技术领域，尤其涉及一种双层镍阵列结构的电极催化材料及其制备方法和应用。

背景技术

氢气作为一种重要的化工原料一直以来受到广泛关注，氢气被广泛的应用在石油加工，工业合成氨，金属冶炼等多个领域，对国民经济起着举足轻重的作用。近年来，随着石油和煤等不可再生的化石能源日渐枯竭，同时其燃烧产物二氧化碳等温室气体大量排放所带来的“温室效应”日益加剧，世界各国都把研究的重心转向了新能源的研发。氢气作为一种可储存、无污染、可再生的优质能源，受到全球范围内的广泛关注。目前普遍使用天然气裂解重整的方法制备氢气，这样就不可避免的会大量使用化石燃料并排放温室气体，无法真正实现“绿色清洁生产”。目前利用可再生电池（通过风能、太阳能等转化得到）直接电解制备氢气被认为是一种可持续发展的制备绿色能源的方法。对于电解制氢工业而言，其发展主要受到成本较高的制约，电解制氢发展的瓶颈就在于高的能耗，低的能量转化效率，而具有高催化活性的阴极析氢电极材料对降低电解制氢能耗，提高能量转化效率起着重要作用，因此设计和制备新型的阴极催化析氢材料对电解制氢的工业化应用具有重大意义。

通过合理设计析氢电极催化材料可降低析氢过电位，降低氢气生产的能耗和成本。优异的析氢电极除了优异的材料本身的催化析氢活性外，还应具备以下特点：大的比表面积；在强碱性溶液中有较好的耐腐蚀性，能够长时间稳定工作；低的制造维修成本等。由于电沉积自身的特点，通过在电沉积过程中调控沉积条件，可以调节材料的比表面积；同时生产成本低，适于大规模生产。镍基材料在碱性溶液中表现出优良的耐腐蚀性能，因此合理的设计镍基材料，提高材料催化活性，对于降低电解制氢生产成本和能耗方面有着积极意义。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种催化性能高和稳定的双层镍阵列结构的电极催化材料及工艺简单的制备方法和应用。

本发明的一种双层镍阵列结构的电极催化材料，包括泡沫镍，电沉积于所述泡沫镍表面的第一镍阵列和电沉积于所述第一镍阵列表面的第二镍阵列。

本发明的如上述的一种双层镍阵列结构的电极催化材料的制备方法包括如下步骤：步骤（1）将泡沫镍浸入包含镍盐的第一电沉积液中进行电沉积反应；（2）将步骤（1）所得的产物浸入包含镍盐的第二电沉积液中进行电沉积反应得双层镍阵列结构的电极催化材料。

优选的，步骤（1）之前还包括依次采用在有机溶剂和酸溶液中对泡沫镍进行超声预处理。

优选的，所述预处理包括首先在甲醇、乙醇、四氢呋喃、氯仿中的一种或多种溶剂中浸泡超声处理10～50min，然后再用稀盐酸浸泡超声10～50min，处理结束后用去离子水清洗3～5遍。

优选的，所述泡沫镍纯度为99.8%以上，面密度为300～450g/m²。

优选的，所述步骤（1）的电沉积液的镍盐的浓度为0.03～0.18mol/L，所述步骤（2）中的电沉积液的镍盐浓度为0.2～1.8mol/L。

优选的，所述步骤（1）中的镍盐为硫酸镍、硝酸镍或氯化镍，所述步骤（2）中的镍盐为硫酸镍、氨基磺酸镍或碱式碳酸镍。