[发明专利]一种多孔镍网电解水催化材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种多孔镍网电解水催化材料及其制备方法。该多孔镍网电解水催化材料的制备方法，包括如下步骤：(1)在两电极体系中，电解槽内设置有电解液，将经过预处理的商业镍网作为工作电极，铂片作为对电极，施加电流后，使用电沉积法将镍纳米颗粒层负载于商业镍网上，得到负载镍纳米颗粒层的商业镍网；(2)将步骤(1)负载镍纳米颗粒层的商业镍网从电解槽中取出后，经洗涤和自然干燥得到多孔镍网电解水催化材料。相比于当前使用的商业镍网，本发明所制备的多孔镍网电解水催化材料具有较高的催化活性，可以有效提高电解水效率，降低能耗，从而大幅降低电解水制氢成本。

技术领域：

本发明涉及电解水催化剂技术领域，具体涉及一种多孔镍网电解水催化材料及其制备方法。

背景技术：

氢气是一种理想的能量储存载体，具有能量密度高，零碳排放和清洁无污染等优点。作为一种具有发展前景的高效清洁能源，当前氢能的发展主要受制于其耗能且不环保的生产方式。目前广泛使用的氢气95％来源于化石燃料的蒸汽重整反应，这种方法成本较低，并且可以大规模商业化生产，但是会消耗巨大的能量，同时会产生大量的二氧化碳，进而加剧温室效应。此外这种方法制备氢气的效率和纯度，都难以达到当前更高制氢需求。相比之下，电解水产氢不仅清洁环保，并且可以得到高纯度的氢气，有望成为下一代大规模制氢的方法。

通过电解水制氢，能够将新能源产生的电能转化为化学能储存于氢气中，可以满足能量的方便运输和持续供应要求。目前商业电解水制氢技术主要包括碱性电解水制氢和质子交换膜电解水制氢。其中质子交换膜电解水制氢技术虽然有着较高的反应电流密度和较短的响应时间，但是由于需要昂贵的质子交换膜和贵金属催化剂，成本居高不下难以大规模发展。因此碱性电解水制氢成为了最具发展潜力的大规模商业化电解水制氢技术。现在较成熟的商业化碱性电解水制氢设备，主要是通过将商业镍网作为电解水催化剂，所用电解液为高浓度的KOH溶液，然后在大约80℃的工作条件下，施加一定的槽压来电解水，随后将阴极产生的氢气和阳极产生的氧气进行分离，纯化和干燥，即可得到高纯度的氢气和氧气。

目前广泛使用的商业镍网电解水催化材料虽然具有较好的稳定性，但是其本征电解水催化活性却并不理想，导致水电解过程伴随着较大的过电势，这使所用电量急剧上升，极大提高了电解水制氢的成本，因此亟需制备具有较高催化活性的电解水催化材料以降低制氢成本。

发明内容：

为了解决目前商用镍网电解水催化材料的低催化活性问题，本发明提出一种多孔镍网电解水催化材料及其制备方法，本发明提出的多孔镍网电解水催化材料具有较高的电解水催化活性，可以有效降低电解水反应槽压，提高电解水器件的效率，极大降低制氢成本。

本发明的一个目的是提供一种多孔镍网电解水催化材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)在两电极体系中，电解槽内设置有电解液，将经过预处理的商业镍网作为工作电极，铂片作为对电极，施加电流后，使用电沉积法将镍纳米颗粒层负载于商业镍网上，得到负载镍纳米颗粒层的商业镍网；

(2)将步骤(1)负载镍纳米颗粒层的商业镍网从电解槽中取出后，经洗涤和自然干燥得到多孔镍网电解水催化材料。

优选地，步骤(1)中预处理的商业镍网的预处理步骤具体为：将商业镍网依次置于丙酮、稀盐酸和超纯水中，进行超声清洗，自然干燥得到预处理的商业镍网。

优选地，步骤(1)中商业镍网为20-100目的商业镍网。

优选地，步骤(1)中所述的电解液为镍金属盐和氯化铵的混合溶液，镍金属盐的质量浓度为10-200g/L，氯化铵的质量浓度为50-200g/L。进一步优选，所述的镍金属盐的质量浓度为50g/L，氯化铵的质量浓度为100g/L。

进一步优选，所述的镍金属为硫酸镍、氯化镍或乙酸镍。

优选地，所述的电流密度为0.1-3A cm^-2。进一步优选，所述的电流密度为1-2A cm^-2。