[发明专利]一种用作电催化剂的镍碳化钨纳米复合粉体的制备方法

说明书

本发明公开了一种用作电催化剂的镍碳化钨纳米复合粉体的制备方法，是首先采用液相法合成出前驱体复合粉末，然后将其置于甲烷和氢气的混合气氛中碳化还原，即得到纳米级的镍碳化钨复合粉体。本发明所制备的镍碳化钨纳米复合粉体中，通过控制还原碳化条件，使氧化镍还原后形成单质镍，可与碳化钨形成协同效应，降低了析氢过电位，所得纳米复合粉体表现出良好的氢析出反应(HER)催化性能。

技术领域

本发明属于粉末冶金制备技术领域，具体涉及一种用作电催化剂的镍碳化钨纳米复合粉体的制备方法。

背景技术

现代社会经济的不断发展，资源需求量逐步增加，能源已成为制约当今社会经济发展的关键因素之一。氢能是清洁高效的二次能源，被视为21世纪最具潜力的能源之一。目前，电解水制氢是工业上主要的获得氢气的方式。由于水电解过程中存在析氢过电位，使得电解槽电压增加，能耗也相应增加。为了降低析氢过电位产生的电解能耗，需要开发一种低过电位的新型阴极材料。虽然以Pt、Pd等贵金属作为阴极材料可以降低析氢过电势，但由于贵金属资源有限、价格昂贵，难以大规模应用。

20世纪70年代，人们发现碳化钨具有与铂相似的本征特性和类铂的催化活性，并对碳化钨的电极催化性能进行了大量的研究。研究结果表明，碳化钨具有良好的析氢能力，且能提高很多金属的析氢电催化活性；若将Co、Ni等过渡金属沉积或修饰在碳化钨表面用做阴极，碳化钨和过渡金属形成协同作用，可以大幅度降低电极的析氢过电位，提高复合材料的催化活性。因此，过渡金属Ni、Co等与WC复合形成的复合电极被认为是Pt等贵金属电极的良好替代品。

目前，制备过渡金属掺杂的电催化剂材料的方法主要有化学镀法、等离子喷涂法、水热法、微乳液法、电化学沉积法等。例如：

吴梅等人(催化学报,2007(04):307-311.)将碳粉和钨粉分散在异丙醇和H₂O₂混合溶液中，超声分散至溶液粘稠，微波加热使浆料变成粉末，将粉末至于坩埚中通氩气去除氧气，再微波加热制成碳化钨粉末。把制备的碳化钨粉末配成一定浓度的溶液，与六水合硫酸镍溶液均匀混合，调节溶液pH，并进行还原，洗去杂质离子获得镍碳化钨复合电催化剂。该方法工艺较复杂，并且由于采用固液混合，易造成粉末之间混合的均匀度不够。

李兆军等(化工冶金,1992(03):232-237.)以金属镍作阳极、镍网作阴极，以添加碳化钨颗粒的含镍镀液在一定的搅拌速度下进行复合电镀，从而获得氢催化阴极材料。此方法成本较低、简单易行，但镀层成分和厚度难以控制，且电镀排污严重，不符绿色生产要求。

因此，总体来看，目前制备镍碳化钨复合电催化剂的方法中，有些制备时间较长，有些存在粒径大小和分布、孔隙结构不均匀的问题。因此，探索新的镍碳化钨复合电催化剂的制备方法对于提高催化剂的催化活性、降低生产成本具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本低、方法简单高效的用作电催化剂的镍碳化钨纳米复合粉体的制备方法。

本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：

本发明公开了一种用作电催化剂的镍碳化钨纳米复合粉体的制备方法，包括如下步骤：

(1)将偏钨酸铵(NH₄)₆H₂W₁₂O₄₀、水溶性镍盐、硝酸铵NH₄NO₃、乙二胺四乙酸和辅助剂，溶解在去离子水中，搅拌混合均匀，得混合液；

(2)将所述混合液在马弗炉中200℃恒温加热2～4h，获得前驱体粉末；

在此过程中，首先溶剂蒸发形成胶状物质，然后形成鼓泡，发生剧烈的氧化还原反应，放出大量气体，进而得到具有针状结构的前驱体粉末；