[发明专利]产生电催化剂的方法

说明书

一种产生电催化剂的方法，包括以下步骤：a)在铜、镍或其他金属基板上电沉积或电化学镀覆包括镍和第二种金属的合金；以及b)电化学或化学溶解所沉积的第二金属，以在铜、镍或其他金属基板上获得纳米多孔结构。

技术领域

本公开总体上涉及电催化剂。特别地，本发明涉及一种产生电催化剂的方法和一种电催化剂。

背景技术

水的电解是其中水分子分解从而形成氢气和氧气的过程。该过程是由于电流在浸没在水中的两个电极之间流动而发生的。

通常在电解之前将电解质添加到水中以增加水的电导。由于更好的电荷携带特性，这确保了更高效的电解过程。然而，添加电解质可能导致在电解过程中产生不希望的副产物。

纯净水可以用于电解目的，从根本上消除了不希望的副产物的产生。但是，由于纯净水的固有特性(例如低电导)，在纯净水中启动高效的电解过程可能会更加困难。

发明内容

本公开的目的是改善或至少减少现有技术的问题。

因此，根据本公开的第一方面，提供了一种产生电催化剂的方法，其包括以下步骤：a)在铜、镍或其他金属基板上电沉积或电化学镀覆包括镍和第二种金属的合金；b)电化学或化学溶解所沉积的第二金属，以在铜、镍或其他金属基板上获得纳米多孔结构。

多孔结构增加了电催化剂的表面积，这使电化学反应更高效。例如，如果在水的电解应用中将电催化剂用作电极，则与水接触的电极的活性面积增加。因此增加了与水分子的接触面积。因此可以获得更高效的电解反应和紧凑的电解槽。

此外，在电催化剂形成用于电解的电极的一部分的情况下，可以增加要进行电解的水中的电流密度。由于电催化剂的多孔结构，可以增加电流密度，从而提供例如铜基电极与水接触的较大表面积。

另外，由于铜的电阻率低，因此在电解过程中的电损耗将很小。因此，由包括电极的电解装置产生的热量较少，从而增加了整个电解的效率。较少的热量也避免了蒸汽的产生。

此外，电催化剂非常具有成本效益并且可大量产生。

根据一个实施例，在步骤a)之后但在步骤b之前提供对铜基板的热处理步骤。

在热处理期间，具有包括镍以及第二和/或第三金属的合金的铜基板可以经受至少250℃的温度，例如至少275℃的温度，例如至少300℃的温度，例如至少325℃的温度或至少350℃。可以在正常大气条件下提供热处理。热处理可以在步骤b)之前例如进行至少20分钟，诸如至少25分钟，例如至少30分钟。

步骤b)中的电化学或化学溶解可以是脱合金步骤，例如电化学脱合金或化学脱合金。

根据一个实施例，第二金属是铜或铁。

根据一个实施例，第二金属是铜，并且该方法还包括以下步骤：c)在多孔结构上沉积铁。步骤c)可以在步骤b)之后执行。在具有多孔镍表面的铜电极上的电沉积铁增加了每平方厘米电极的电流密度，例如在电解应用中。

为了将铁电沉积在多孔结构上，0.86摩尔(浓度11％)的七水合硫酸亚铁/铁(II)FeSO₄·7H₂O和/或氯化亚铁(II)以及作为pH缓冲剂的柠檬酸钠(Na₃C₆H₅O₇)或硼酸(H₃BO₃)可以用于制备电镀浴溶液。

根据一个实施例，第二金属是铁，并且该方法还包括以下步骤：c)在多孔结构上沉积铜。步骤c)可以在步骤b)之后执行。

根据一个实施例，步骤a)的合金还包括第三金属，例如铜或铁，该第三金属不同于第二金属。