[发明专利]一种片层自组装海星状富镍碲化镍催化剂的制备方法

说明书

本发明涉及电解制氢技术领域，具体公开了一种片层自组装海星状富镍碲化镍催化剂的制备方法，包括以下步骤，步骤1：将氢氧化钾、碲源和还原剂溶解在溶剂中，后加入泡沫镍基底；步骤2：将步骤1密封加热反应，使泡沫镍基底上生成碲化镍，加热的温度不超过200℃；步骤3：将生成有碲化镍的泡沫基底放入惰性气氛中进行退火处理，退火温度不低于250℃，得片层自组装海星状富镍碲化镍催化剂。采用本发明技术方案制得的催化剂呈现海星状富镍结构，有助于提高电解水析氢性能。

技术领域

本发明涉及电解制氢技术领域，特别涉及一种片层自组装海星状富镍碲化镍催化剂的制备方法。

背景技术

电解水制氢，利用不可存储的可再生资源(太阳能、风能、潮汐能等)发电催化水解离析出氢气，不仅获得的产品清洁、纯度高，还可以将电能间接储存为化学能待利用，实现了资源可持续利用，对解决能源和环境问题具有重要意义。因此构筑合适的催化剂是降低电解水制氢能耗、提高电解效率的技术核心。催化剂的作用是加速电极-电解质两相界面上的电荷转移过程。

过渡金属泡沫镍(NF)是常见的电极基底，但基底材料的析氢催化活性较差，通常需要担载具有高催化活性的催化剂。由于析氢反应过程中不断有气泡析出，若催化剂与基底的结合力不牢，催化层容易被析出气体冲刷而脱落，最终导致活性下降甚至失活。因此，对于电极表面的催化剂，首先，需要优化设计催化剂的电子结构，使其有助于氢的吸脱附反应，从而达到高效产氢；其次，催化剂应具备有序化的开放结构，以便提供更多的活性位参与反应，同时为氢的逸出提供通道；最后，催化剂与基底之间的结合力较强，从而增强电子从基底传输到催化剂表面，也避免催化层被产生的气体冲刷而脱落，保证催化电极的稳定性。

发明内容

本发明提供了一种片层自组装海星状富镍碲化镍催化剂的制备方法，其目的在于增加碲化镍催化剂的析氢活性位，提高析氢性能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种片层自组装海星状富镍碲化镍催化剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将氢氧化钾、碲源和还原剂溶解在溶剂中，后加入泡沫镍基底；

步骤2：将步骤1密封加热反应，使泡沫镍基底上生成碲化镍，加热的温度不超过200℃；

步骤3：将生成有碲化镍的泡沫基底放入惰性气氛中进行退火处理，退火温度不低于250℃，得片层自组装海星状富镍碲化镍催化剂。

本技术方案的技术原理和效果在于：

1、本方案中的氢氧化钾作为强碱具有腐蚀性，在密封环境中加热可以加速对泡沫镍基底的腐蚀能力，提高了泡沫镍基底表面的粗糙度，有利于增加泡沫镍基底的活性比表面积和活性位，同时，泡沫镍基底被氢氧化钾腐蚀溶解而自发提供镍离子，无须额外加入镍源，在还原剂水合肼的还原作用下，直接与碲源提供的碲反应生成碲化镍。

2、本方案中由于步骤2中碲化镍在密封状态下加热反应而成，而在步骤3中的退火温度是在惰性气氛中进行的，因此在高温退火时，碲化镍中的镍不会被空气中的氧气氧化而形成氧化镍，镍与碲发生了互相扩散，其中由于镍更容易沿表面和晶界扩散，从而有助于生成表面富含镍的碲化镍，晶体结构由NiTe转变成Ni_2.86Te_2.0，形成非化学计量配比，而非化学计量配比的产生将有助于形成较多缺陷，改变活性氢物种的吸附脱附性质，增加析氢本征活性。

3、本发明方法制备的片层自组装海星状富镍碲化镍催化剂在未使用粘合剂的情况下，碲化镍与泡沫镍基底之间的结合力强，同时碲化镍催化剂呈现海星状开放结构，电解液和析出气泡易扩散，简单易行，操作安全，适用于氯碱电解、电解水制氢领域，易于实现工业化。

进一步，所述步骤1中的溶剂为乙醇和水的混合液，乙醇与水的体积比为1:2。