[发明专利]一种催化剂、制备方法及电催化分解水产氢工艺

说明书

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种催化剂、制备方法及电催化分解水产氢工艺，本发明的催化剂的基底为铜材料，所述铜材料表面包覆立方相结构金属镍，所述立方相结构金属镍表面包覆六方相结构金属镍，所述六方相结构金属镍表面设置有氧化镍或氢氧化镍；所述立方相结构金属镍的厚度为10～200nm，所述六方相结构金属镍的厚度为3～14nm，所述氧化镍或氢氧化镍的厚度为1～5nm；本发明的催化剂在电催化分解水产氢工艺中具有效率高、稳定性好、成本低、制备方法简单的特点，具有巨大的潜在应用价值。

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，涉及一种催化剂、制备方法及电催化分解水产氢工艺。

背景技术

氢能源被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。常用的制氢技术包括煤制氢、天然气与石油制氢、工业副产氢、电解水制氢等，其中电解水制氢技术主要有碱性水的电解槽(AE)、质子交换膜水电解槽(PEM)和固体氧化物水电解槽(SOE)。AE技术最为成熟，生产成本相对较低，已经进入实用阶段。但限制AE技术推广的最主要问题还是成本，成本包括电价和催化剂成本等，由于电价成本相对比较固定，降低催化剂的成本就成为必须。降低催化剂的成本主要有三种途径：一是降低催化剂本身的成本，二是提高催化剂的催化活性，三是提高催化剂的使用时间。

目前AE技术使用的催化剂主要是贵金属催化剂，存在储量少、成本高、难以规模化应用的问题。金属镍由于储量丰富、价格低廉、理论析氢活性最接近贵金属的非贵金属催化剂，富有工业化生产的应用前景。

但是非贵金属催化剂在实际应用中所遇到了几个问题：(1)高活性的过渡金属催化剂在空气中易氧化，从而丧失催化活性；(2)通常的催化剂难以在实际的产氢工作环境下长时间稳定工作；(3)缺乏简易、廉价的合成方法来制备高效稳定的催化剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种催化剂具有独创性的基于金属镍的多层包覆结构，结构稳定性好，不使用贵金属，成本低。

本发明的另一个目的在于提供一种催化剂的制备方法，所用原料简单、价格便宜，制备方法简单、成本低、可规模化生产。

本发明还有一个目的在于提供一种电催化分解水产氢工艺，采用本发明的催化剂，具有催化活性高、稳定性好的特点。

本发明采用以下的技术方案，

一种催化剂，所述催化剂的基底为铜材料，所述铜材料表面包覆立方相结构金属镍，所述立方相结构金属镍表面包覆六方相结构金属镍，所述六方相结构金属镍表面设置有氧化镍或氢氧化镍；所述立方相结构金属镍的厚度为10～200nm，所述六方相结构金属镍的厚度为3～14nm，所述氧化镍或氢氧化镍的厚度为1～5nm。

优选的，所述立方相结构金属镍的厚度为30～180nm。更优选的，所述立方相结构金属镍的厚度为50～130nm。

优选的，所述六方相结构金属镍的厚度为4～12nm。更优选的，所述六方相结构金属镍的厚度为5～10nm。

优选的，所述氧化镍或氢氧化镍的厚度为2～4nm。

优选的，所述铜材料选自泡沫铜、铜粉、铜网和铜箔中的至少一种。

一种上述任一实施方案所述的催化剂的制备方法，包括以下步骤，

(1)所述铜材料在丙酮或无水乙醇中超声脱脂除油，超纯水冲洗，置入盐酸中超声去除表面氧化物，再用超纯水清洗，获得预处理铜材料；

(2)按重量份数计，1份甲酸钠加入到4～20份水中，获得甲酸钠溶液；

(3)按重量份数计，1份镍源加入到15～60份N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，获得镍源溶液；