[发明专利]析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极

说明书

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极。该析氢催化材料的制备方法包括如下步骤：提供钯基非晶合金，所述钯基非晶合金表面设置有微纳结构；将所述钯基非晶合金置于酸溶液中，进行电沉积处理，得到所述析氢催化材料。该制备方法得到的析氢催化材料有较高的电化学活性面积、优异的电化学析氢反应性能，同时超500小时的电催化稳定性，在高效电解水制氢方面有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于电化学材料技术领域，具体涉及一种析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极。

背景技术

随着人类经济社会的高速发展，在过去100年间人类消耗了大量的自然资源，由此造成的环境问题和资源短缺，迫切需要开发可替代的新型清洁能源。在众多新能源中，氢能作为一种高效清洁的能源在21世纪得到了广泛关注和应用，被誉为是21世纪最具潜力的清洁能源，而太阳能光伏质子交换膜水电解制氢是高效便捷的清洁制氢路线。目前，质子交换膜水电解析氢电极材料普遍存在价格昂贵、比表面积低、电催化活性不高、尤其是酸性条件稳定性差的缺点，导致电解电极析氢电位过高，能耗过大，严重制约了电解水法制氢技术的发展。因此，开发具有高效稳定的阴极析氢材料具有重要的科学意义和实际应用价值。

非晶合金，也称为液态金属或金属玻璃，是20世纪60年代发现的一类新型金属材料，一般是将熔融态合金急冷凝固使得体系来不及结晶而形成，原子排列继承液态的长程无序结构，从而具有很多优异的力学与物化性能。近年来非晶合金作为一种催化收到广泛关注，由于非晶态合金表面缺陷多，形成的催化活性中心数目多；表面原子配位不饱和度高，催化活性高；所有金属和类金属均可以形成非晶态合金，组成变化范围大，找到优异性能合金的范围广，非晶态合金被誉为一类具有发展前景的新催化材料。目前也已经有文献报道片状Pd₄₀Ni₁₀Cu₃₀P₂₀非晶合金在电解水析氢方面表现出良好的催化性能，但是，工业化制氢需要高效率的催化析氢材料，这种需求使得阴极材料应同时考虑3个要素：(1)催化剂具有较好的本征催化活性；(2)通过界面工程制备具有较大的电化学表面，以增加有效的催化位点；(3)尽量减少催化表面层与电极基底的接触电阻，加速电子转移。虽然非晶合金在过冷液相区的超塑性可以完美复制出大规模纳米阵列结构，但是目前难以直接合成多组元纳米非晶合金。

因此，现有技术有待改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极，旨在解决现有非晶合金析氢催化效果不理想的技术问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种析氢催化材料的制备方法，包括如下步骤：

提供钯基非晶合金，所述钯基非晶合金表面设置有微纳结构；

将所述钯基非晶合金置于酸溶液中，进行电沉积处理，得到所述析氢催化材料。

在一个实施例中，所述钯基非晶合金表面设置的微纳结构由多个纳米柱组成，所述纳米柱的高度为200-50000nm，直径为10-500nm。

在一个实施例中，所述钯基非晶合金通过将钯基非晶合金原料热压复制阳极氧化铝微孔结构得到。

在一个实施例中，所述热压复制在所述钯基非晶合金原料的过冷液相区间进行；和/或，

所述热压复制的热压强度为50-500MPa。

在一个实施例中，所述钯基非晶合金的通式为Pd_a-xNi_bCu_cP_dM_x；其中，a+b+c+d＝100，30≤a≤45，5≤b≤15，20≤c≤35，15≤d≤25，0≤x≤10，M为Si、B、C、N、S、Mg、Fe、Co、Mn、Mo、Ti、Zr和Nb的一种或多种。