[发明专利]一种电解水制氢能源用钌掺杂铁镍合金催化剂及制备方法

说明书

本发明涉及电解水制氢的领域，公开了一种电解水制氢能源用钌掺杂铁镍合金催化剂及制备方法。包括如下制备过程:(1)将镍源、铁源、钌源和助剂加入去离子水中配制为溶胶；(2)将聚苯胺包覆的泡沫镍粉末浸渍于溶胶中，静置陈化；(3)过滤烘干后高温锻烧，制得核壳结构的钌掺杂铁镍合金催化剂。本发明制得的催化剂与普通制氢催化剂相比，将铁镍钌合金包覆于泡沫镍表层，增加了催化剂的反应活性位点，有效降低了水的自发电解势垒，提高了催化剂的析氢能力，具有优异的氢催化性能，催化活性好，用于电解水制氢时效率高。

技术领域

本发明涉及电解水制氢的领域，公开了一种电解水制氢能源用钌掺杂铁镍合金催化剂及制备方法。

背景技术

氢能作为一种清洁的能源，以其高燃烧率、燃烧产物洁净以及用途多样化等突出优点，被认为是未来最有希望的能源之一；并且，燃料电池因其高能量转化效率和环境友好性能而受到极大关注。作为燃料电池的首选燃料，氢能在未来交通和发电领域将具有广阔的市场前景，在未来能源结构中将会占有越来越重要的位置。由于自然界的氢多以化合态存在，因此要实现氢的大规模应用，须首先解决氢源问题。在目前制氢技术中，利用电解水技术制氢是目前最有潜力的技术，也是一种经济有效的技术。

水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。电解水制氢是一种高效、清洁的制氢技术，其制氢工艺简单，产品纯度高，氢气、氧气纯度一般可达99.9％，是最有潜力的大规模制氢技术。特别是随着目前可再生能源发电的日益增长，氢气将成为电能存储的理想载体。

在电解水制氢方法中，优良的催化剂是提高制氢效率有着举足轻重的作用，成功的设计出低温高效催化剂是制氢研究的关键技术之一。用作电解水制氢的催化剂主要由半导体材料、贵金属及其化合物等。近年来研究发现，NiFe双金属氢氧化物(NiFe-LDH)在碱性溶液中表现出优异的电催化分解水析氧(OER)性能，在制氢技术中，提高催化剂对于水的自发电离的性能，从而提高催化活性具有十分重要的实际意义。

中国发明专利申请号201610141649.4公开了一种具有多形貌的金属掺杂W₁₈O₄₉电催化剂及其在电解水制氢中的应用，具体是利用W₁₈O₄₉在特定晶向的择优生长特性并以溶剂热法制备W₁₈O₄₉催化剂，通过改变前驱体溶液的浓度，可获得纳米纤维、纳米纤维束和由纳米纤维构成的微球三种形貌，并且可通过掺入钯、钼等元素提高其电催化性能。该发明充分利用W₁₈O₄₉的一维纳米纤维结构促进电子传输，并且催化剂中大量的氧空位为H⁺还原生成H₂提供了充足的活性位点；此外，固态W₁₈O₄₉纳米纤维能够与液相电解质完全接触，有利于H⁺在纳米纤维构成的三维网络中扩散，从而提高其催化性能。该发明所述多形貌电催化剂电催化活性高、稳定性好、制备方法简便易行、成本低廉。

中国发明专利申请号201611167015.2公开了一种电解水制氢的催化剂，催化剂是碳担载纳米铜铂合金。该发明的催化剂具有更多的活性位点，提高电化学催化效率；同时铜的加入减少了铂的载量，进一步降低了成本；由于金属间的协同作用，铂铜合金可以有效的降低电化学反应的过电位，降低了电解池电压，减少了能耗成本。

根据上述，现有方案中用于电解水制氢的金属氢氧化物催化剂，存在析氢性能非常差，分解水需要很大的电压输入，并且析氢动力学主要受限于水电离出氢离子过程较慢，进而影响电价水制氢的效率，本发明提出了一种电解水制氢能源用钌掺杂铁镍合金催化剂及制备方法，可有效解决上述技术问题。

发明内容