[发明专利]一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法，包括以下步骤：(1)将六水硝酸镍、氯化钾、氯化钠混合研磨均匀并加热；(2)加热后将混合物冷却至室温后进行离心处理；(3)将离心后的产物真空干燥处理得到NiO粉末；(4)将NiO粉末在惰性气氛下加热还原得到NiO/Ni粉末材料；(5)将NiO粉末和NiO/Ni粉末均匀分散在N,N‑二甲基甲酰胺和聚偏氟乙烯的混合液中，将其滴涂在碳纤维纸上，待其自然晾干即可作为电解水电极材料。该方法通过简单可行的材料选用和合成路线增加了催化剂制备的工作效率，为开发低成本、高活性的双功能电解水催化剂提供了简便可行的新方案。

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NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法。

背景技术

随着传统能源需求危机与环境污染问题的加重，寻找可再生能源和清洁能源来取代传统化石燃料已是迫在眉睫。氢由于来源丰富、燃烧值高、密度小、可利用形式多、无污染、可储存等诸多优点被认为是未来的潜在清洁燃料。氢可由可再生能源如：水力、风能、太阳能、生物质能等和不可再生能源如煤、天然气等以及二次能源电能产生。氢可应用于传统领域和新兴交通用车以及氢能发电等。所以，氢能是作为替代传统能源的不二选择。整个氢能产业链可基本分为上游制氢、中游储运和下游应用三部分。本研究工作着重于上游制氢部分，制氢有多种途径，如工业尾气制氢、化工石化原料制氢、电解水制氢和新型制氢等。煤气化制氢的二氧化碳排放量高达193kg/GJ，天然气制氢有69kg/GJ，都不利于环保。而电解水制氢几乎对环境没有污染并且可持续利用，是一种最洁净、可持续的制氢途径，并且是未来制氢的主要发展方向。发展电解水制氢，为响应国家节能减排和可持续发展的要求，可利用弃水、风、光、等可再生能源转化的电能，这有利于电解水制氢产业的发展。

电解水制氢中的核心场所是阳极催化层与阴极催化层，因此阴阳极催化剂材料的选择与合成非常重要。在电解水的催化过程中，电极催化剂材料可通过改变反应路径，降低反应活化能，使反应速率加快。催化反应速率越快，其析氢活性越好。一般来说，电极材料对反应速率的影响可分为电子结构效应(电极的能带、态密度等)和表面结构效应(化学结构、原子排列结构等)，这两者相互影响、共同决定电催化反应的活性。因此，设计合适的催化剂材料可以从其化学组成、表面形貌、电子结构等方面入手。目前催化活性最为优异的析氢催化剂是以Pt为代表的贵金属，析氧催化剂是以铱钌氧化物为代表。但是它们的稀缺性和高成本限制了其在工业应用的大规模发展。因此，制备具有优异催化活性的高储量、低成本的基于过渡金属的双功能催化剂是非常重要且有意义的研究。

目前根据各国氢能产业化发展需求，清洁有效的制氢方式与廉价高效的析氢催化剂的制备成为研究热点，电解水制氢作为一种成熟、环保且高效的制氢方式已经被众多科研人员采用，而用于产氢的析氢催化剂和产氧的析氧催化剂的材料种类十分繁多，在这些催化剂中仍然存在一些问题：(1)催化剂原材料的选择，目前商业电解水制氢中，大多数仍然是采用成本较高的贵金属如铂碳作为析氢催化剂，选用贵金属氧化物如氧化钌作为析氧催化剂；(2)目前阴阳极催化剂都是两种不同的材料，这催化剂需要经过不同的选取、不同的购买渠道、不同的制备方法等繁琐的过程，目前的研究主要集中在开发针对析氢反应或析氧反应的单功能催化剂，在实际应用中需设计两种不同类型的催化剂，增加了电解水设备的复杂性；(3)目前的异质结催化剂的制备材料大多源于不同材料，这使得在异质结复合材料工艺方面增加了工作量。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种NiO/Ni双功能电解水催化剂及其制备方法。该方法通过简单可行的材料选用和合成路线增加了催化剂制备的工作效率，为开发低成本、高活性的双功能电解水催化剂提供了简便可行的新方案。

为了达到上述技术效果，本发明提供了如下技术方案；

一种NiO/Ni双功能电解水催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：