[发明专利]一种改性泡沫镍负载贵金属催化剂析氢电极及其制备方法

说明书

本发明涉及一种改性泡沫镍负载贵金属催化剂析氢电极及其制备方法，步骤为：(1)将泡沫镍预处理；(2)以预处理的泡沫镍作为阳极，以铂片作为阴极，以铵盐的醇水混合溶液为电解液，进行阳极氧化再处理，获得改性泡沫镍基体；(3)将改性泡沫镍基体放置于含有贵金属元素的前驱体均相溶液中，加热处理，将贵金属元素原位生长于改性泡沫镍表面。本发明所用的泡沫镍来源丰富，电极制备工艺简单、可控，设备要求较低；制备得到的贵金属催化剂颗粒尺寸较小，分散均匀且与基体结合牢固；贵金属颗粒在改性泡沫镍基体上的负载量较低，节省了原料成本；所制备的电极对水分解展现出优异的电催化析氢活性和稳定性，具有重要的应用前景。

技术领域

本发明属于电催化析氢材料制备技术领域，具体涉及一种改性泡沫镍负载贵金属催化剂析氢电极及其制备方法。

背景技术

氢能因其来源广泛、能量密度高、环境友好和可以再生等特点，已被广泛认为是解决当前能源危机和环境污染的可替代清洁能源之一。在众多的制氢技术中，电催化水分解析氢可以将电能转化为稳定的化学能，能获得纯净氢气而不产生其它副产物，是可持续能源储氢的一个极具竞争力的解决方案。在电催化水分解过程中需要高效的催化剂来降低析氢反应过电位，提高催化反应速率，因此研究析氢催化剂电极材料对推动氢能技术发展有重要的意义。

电催化水分解析氢催化剂主要分为非贵金属和贵金属两大类，非贵金属电催化剂集中在过渡金属硫化物、硒化物、磷化物、碳化物、氮化物等半导体材料，其催化活性暂时还难以完全满足工业需求，因此，基于贵金属设计高效稳定的电催化剂势在必行。贵金属的原子轨道内存在较多的空d轨道，能级间距较小，容易与氢原子配位，因而在电催化水分解中有较高的析氢活性。然而，贵金属电催化剂受限于其价格与储存量，间接限制了工业产氢的大规模发展。为解决该问题，通常尽可能的提高其催化活性表面积，将贵金属纳米颗粒负载在多层非贵金属材料或者形成贵金属合金，能使贵金属得以均匀分散在材料中，减弱了原子间相互作用，避免了其团聚，但是这些粉末贵金属催化剂用作析氢电极时需要进一步溶液加工处理，例如商用Pt/C电极的制备过程中首先将催化剂粉末分散在含异丙醇、水和nafion的溶液中而形成涂液，然后在电极基体上均匀涂覆再进行烘干等步骤，制备工艺复杂、操作可行性差、成本较高且不可控。

贵金属催化剂的电催化性能与多方面因素有关，包括贵金属颗粒尺寸、分散性、基底材料以及与基体材料的结合力等。利用导电基体原位负载贵金属电催化剂是低成本制备电催化析氢电极的有效方法，商用泡沫镍(NF)来源广泛，有良好的导电性、高孔隙率和机械强度，可广泛用作电催化水分解反应的电极基体。

然而，利用涂覆方法在泡沫镍基体上负载贵金属电催化剂，不能有效控制贵金属催化剂在基体上的分散性，也易导致活性组分在氢气释放过程中从基体上脱落而减弱电极的电催化稳定性。因此开发一种简便的方法制备出具有独特结构和高活性贵金属催化剂的析氢电极仍存在巨大的挑战。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种改性泡沫镍负载贵金属催化剂析氢电极及其制备方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种改性泡沫镍负载贵金属催化剂析氢电极的制备方法，包括以下步骤：

(1)将泡沫镍预处理；

(2)以预处理的泡沫镍作为阳极，以铂片作为阴极，以铵盐的醇水混合溶液为电解液，进行阳极氧化再处理，获得改性泡沫镍基体，获得纳米多孔形貌的改性基体；

(3)将改性泡沫镍基体放置于含有贵金属元素的前驱体均相溶液中，加热处理，将贵金属元素原位生长于改性泡沫镍表面，冷却、洗涤、干燥后，即获得改性泡沫镍负载贵金属颗粒的析氢电极。