[发明专利]一种电解水析氢阴极及其制备方法

说明书

一种电解水析氢阴极及其制备方法，涉及水分解电极技术领域，电解水析氢阴极包括多孔导电基底、纳米线阵列层、析氢催化剂层，纳米线阵列层为钴基纳米线阵列，析氢催化剂层为富镍的镍钼合金催化剂。本发明在多孔导电基底上生长钴基纳米线阵列，可以增大电极材料的比表面积，经电化学活性处理后，作为碱液电解水制氢，表现出优异的析氢活性和高稳定性；且本发明采用物理共溅射方法在钴基纳米线阵列表面沉积富镍的镍钼合金催化剂，活化处理后作为碱液电解水制氢的阴极，催化剂层覆盖均匀，厚度可控，与基底结合牢固，便于大规模工业化生产。

技术领域

本发明涉及水分解电极技术领域，具体涉及一种电解水析氢阴极及其制备方法。

背景技术

氢气作为一种重要的清洁能源，具有非常高的燃烧热值，且燃烧产物仅为水蒸气，无温室气体产生，因而被认为是最有望代替化石能源的新型能源，受到全世界范围的广泛关注。然而制氢技术的发展是制约氢能利用的瓶颈，目前工业制氢工艺主要是以煤、石油、天然气等化石燃料制氢，从环境保护和资源利用的角度来考虑并不符合现今“绿色可持续发展”的能源发展战略。近年来，随着可再生能源的不断发展和电力优化与升级，电解水制氢逐步成为最有前景，最清洁的制氢技术工艺，但由于析氢过电位过高导致电力能耗增加，目前电解水制氢工艺通过使用铂等贵金属基催化剂作为析氢电极来提高产氢效率，然而，贵金属价格高昂且全球储存量低，无法实现大规模的推广，限制了该类电催化剂在电解水制氢中的应用。另外，目前对于析氢阴极的制备，通常是首先采用化学法制备催化剂粉体颗粒，然后使用导电高分子粘合剂将其负载在导电基体上。该类电极在碱液环境中长时间工作时，粘合剂的退化会使催化剂从导电基底脱落，导致电极稳定性变差；同时，使用高分子粘合剂会增加电极界面电阻，降低阴极析氢性能，增加能耗；因此，开发和研究一种高效、稳定、廉价的电催化析氢电极具有重要的意义和价值。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明提供一种电解水析氢阴极及其制备方法。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：电解水析氢阴极包括多孔导电基底、纳米线阵列层、析氢催化剂层，纳米线阵列层为钴基纳米线阵列，析氢催化剂层为富镍的镍钼合金催化剂层。

优选地，多孔导电基底可以为碳纸或碳布或泡沫镍。

优选地，所述钴基纳米线阵列为氢氧化钴、氧化钴、磷化钴、硫化钴、磷硫化钴中的一种。

优选地，所述析氢催化剂层中镍的原子百分比含量为60%～90%。

优选地，所述析氢催化剂层中镍的原子百分比含量为80%。

电解水析氢阴极的制备方法，包括以下步骤：

（1）多孔导电材料的预处理；

（2）钴基纳米线阵列的生长：在预处理后的多孔导电材料上生长钴基纳米线阵列；

（3）制备富镍的镍钼合金催化剂层：采用镍钼双靶材共溅射法在生长有钴基纳米线阵列的多孔导电材料上沉积富镍的镍钼合金催化剂，得到样品A；

（4）电化学活化：将样品A放入在碱性溶液中，采用采用循环伏安、线性电压扫描、恒电流和恒电势方法中的一种进行电化学活化。

优选地，步骤（1）中多孔导电材料预处理过程为：将多孔导电材料依次经丙酮、异丙醇和去离子水超声清洗，并烘干。

优选地，步骤（2）中钴基纳米线阵列的生长，具体过程为：以多孔导电材料为基底，硝酸钴为钴源，发生水热反应，在多孔导电材料上生长钴基纳米线前驱体；并采用化学气相法或液相法对前驱体进行氢氧化、氧化、硫化、磷化或者硫磷化处理，获得相应的氢氧化钴、氧化钴、磷化钴、硫化钴、磷硫化钴纳米线阵列。