[发明专利]一种三维电解复合析氢材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种三维电解复合析氢材料的制备方法，属于析氢材料技术领域；本发明先采用化学镀工艺制备了镍钴磷粉末，并对其进行聚乙烯醇浸渍改性处理，同时制备了氧化铜粉末和石墨‑镍钴磷前驱体，之后烧结制备得到石墨‑镍钴磷‑氧化铜三维复合析氢材料；本发明制备方法简单，制备成本低廉，可大范围推广；石墨‑镍钴磷‑氧化铜三维复合析氢材料结合强度高，机械强度大，使用寿命长，具有良好的电催化析氢性能，重复使用性能好。

技术领域

本发明涉及析氢材料技术领域，特别是涉及一种三维电解复合析氢材料的制备方法。

背景技术

最近，人类面临着日益严重的环境污染和能源危机，当前开发和利用清洁有效的能源是解决目前危机的重要挑战之一。从能源清洁及可循环的角度考虑，氢能作为一种高效、清洁、环保的二次能源具有资源丰富，热值高，环保无污染，利用形式多样等特点，已被普遍认为氢是一种理想的新能源，有着无可比拟的巨大优势和无限广阔的应用前景。然而如何通过有效的途径获得较为廉价的氢能源，是目前科研工作者研究的主要内容之一，地球上水资源丰富，通过水的电解获得氢气是有效的途径之一，但是水的电解能源转化效率低是制约其工业化生产的因素之一，因此设计和开发高性能的电解水的催化剂具有极其重要的意义。

制备氢气的方法有很多，最绿色环保的方法是电解水制备氢气-HER。目前，最高效的电解水析氢催化剂为铂族催化剂，但是其昂贵的价格以及有限的资源限制了铂族催化剂的实际应用。人们开始大力研究各种非贵金属催化剂替代铂族催化剂用于电解水析氢，金属磷化物因具有优异的电化学性能吸引了人们的注意，如异质原子掺杂，与碳材料复合等方法已用于提高其HER催化活性。由于Ni和Co一样具有自催化性能，Ni和Co可协同作用，NixCoyPz三元磷化物被证实相比于对应的二元金属磷化物Ni₂P和CoP具有更优异的HER催化性能，但其现有催化活性和较差的稳定性仍不能满足实际需求。石墨具有来源广泛、稳定性好、价格低廉、电化学性能良好等优点，在催化剂载体、能源存储、电催化等领域具有广泛的应用，并且在碳基团中掺杂氮、硫、磷等杂原子可以调节碳的电子排布、电荷密度、产生缺陷、形成丰富的电催化活性位点，在锂离子电池、电化学析氢析氧反应、电催化氧还原等方面具有重要的应用。将石墨与NixCoyPz三元磷化物结合以提高其催化活性和稳定性，但仍存在不能重复使用，机械强度差，使用寿命短等问题。目前尚未见到有关石墨-镍钴磷-氧化铜三维复合析氢材料的研究报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种三维电解复合析氢材料的制备方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种三维电解复合析氢材料的制备方法，包括以下步骤：

1.一种三维电解复合析氢材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)石墨粉末的预处理：

①首先将平均粒径为0.5μm的石墨粉末加入到盛有蒸馏水的容器中，石墨粉末与蒸馏水的质量比为1：30，加热煮沸5h后将悬浮溶液自然冷却至室温，过滤收集石墨粉末；

②然后配制质量百分浓度为15％的硝酸溶液，将步骤①的石墨粉末加入到硝酸溶液中浸泡30min，石墨粉末与硝酸溶液的质量比为1：8，之后对石墨粉末进行离心分离，并用蒸馏水离心洗涤石墨粉末至洗涤水为中性；然后将洗涤后的石墨粉末置于烘箱中于80℃温度下烘干，待其烘干后，将其研磨成平均粒径为0.5μm的超细粉末；

(2)镍磷粉末制备所用化学镀液的配制：

①所用化学原料：硫酸镍、次亚磷酸钠、柠檬酸、丁二酸、乙酸钠、氟化氢铵，其用量有如下质量比例关系：硫酸镍：次亚磷酸钠：柠檬酸：丁二酸：乙酸钠：氟化氢铵＝25～30：10～15：10～15：3～5：3～5：3～5；

②化学镀镍磷镀液的配制：