[发明专利]一种复合镍钨铜合金、其制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种复合镍钨铜合金的制备方法，其首先将泡沫铜于氢氧化钠溶液中进行阳极氧化，以得到氢氧化铜纳米线阵列/泡沫铜复合物，再将该复合物与镍盐、钨盐和水进行水热反应，真空干燥后即得到初始复合镍钨铜合金前驱体，最后将初始复合镍钨铜合金前驱体进行热处理，即得到复合镍钨铜合金；该种复合镍钨铜合金由泡沫铜基底和负载在泡沫铜基底上的中空纳米管状分布的镍钨铜合金组成，其可直接用于碱性氢氧化反应催化剂，且具有较高的催化活性。实验表明，本发明制备的复合镍钨铜合金具有极好的碱性氢氧化反应电催化性能，其平台电流可达接近20mA/cm²。

技术领域

本发明涉及碱性氢氧化反应技术领域，尤其涉及一种复合镍钨铜合金、其制备方法及其应用。

背景技术

近年来，持续增长的化石燃料的大量消耗造成了严重的空气污染、温室效应以及许多其他的环境问题；急需寻找新型可持续发展的清洁能源来应对这些挑战。

在现有的新型能源技术中，氢能由于在质子交换膜燃料电池中的普遍应用，受到了广泛关注。尽管酸性条件下的氢氧化反应速率极快，且只需要很少的铂族金属载量，但质子交换膜燃料电池中的主要限制来自于氧还原反应，其由于较低的活性依然需要高的铂金属载量，这在很大程度上限制了这项技术的发展。然而，阴离子交换膜燃料电池的出现给这个领域带来了转机；因为在碱性介质中，目前的氧还原催化剂已几乎可被非贵金属催化剂所代替，这大大降低了使用成本，但随之而来的是阳极氢氧化反应活性的大幅降低。近期已经有研究报道非贵金属镍基催化剂能有效地催化氢氧化反应，但它距离贵金属催化剂的性能仍然有一定的差距。

非贵金属催化剂在碱性环境中催化氢氧化反应已取得一系列进展，主要集中于镍基催化剂，包括镍基合金，镍/氧化镍异质结等，其中，元素掺杂调控镍表面的氢结合能被视为一种能有效提升碱性氢氧化反应活性的策略。但到目前为止，镍基催化剂催化氢氧化反应的催化活性仍然不够高，无法与铂基等贵金属催化剂相比，由此限制了广泛应用。

发明内容

本发明解决的技术问题在于提供一种复合镍钨铜合金的制备方法，本申请制备的复合镍钨铜合金在电催化碱性氢氧化反应中具有较高的电催化性能。

有鉴于此，本申请提供了一种复合镍钨铜合金的制备方法，包括以下步骤：

A)将泡沫铜进行清洗后于氢氧化钠溶液中进行阳极氧化，得到氢氧化铜纳米线阵列/泡沫铜复合物；

B)将所述氢氧化铜纳米线阵列/泡沫铜复合物与镍盐、钨盐和水进行水热反应，真空干燥，得到初始复合镍钨铜合金前驱体；

C)将所述初始复合镍钨铜合金前驱体进行热处理，得到复合镍钨铜合金。

优选的，所述氢氧化钠溶液的浓度为1～2mol/L。

优选的，所述阳极氧化的电流密度为恒流10～20mA/cm²，时间为10～30min。

优选的，所述镍盐和所述钨盐中的镍和钨的原子比为(2～5)：1。

优选的，所述水热反应的温度为120～150℃，时间为6～12h。

优选的，所述热处理在5％H₂/Ar气氛中进行，温度为300～600℃，时间为0.5～2h。

优选的，所述清洗是依次在稀盐酸、乙醇和去离子水中超声清洗。

本申请还提供了所述的制备方法所制备的复合镍钨铜合金，由泡沫铜基底和负载在泡沫铜基底上的中空纳米管状分布的镍钨铜合金组成。

本申请还提供了所述的制备方法所制备的复合镍钨铜合金或所述的复合镍钨铜合金在电催化碱性氢氧化中的应用。