[发明专利]一种Ni-Se-C析氢电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Ni‑Se‑C析氢电极及其制备方法，属于电催化析氢技术领域。所述Ni‑Se‑C析氢电极由导电基体以及电沉积在导电基体表面的Ni‑Se‑C镀层组成。本发明首先将导电基体进行预处理；然后通过电沉积方式在预处理的导电基体上沉积Ni、Se、C元素，形成具有优异析氢性能的Ni‑Se‑C析氢电极。本发明合成方法简单且催化层结构稳定，所合成的Ni‑Se‑C析氢电极可广泛应用于电解水制氢工业，具有显著的实用价值和经济价值。

技术领域

本发明涉及一种Ni-Se-C析氢电极，尤其涉及一种Ni-Se-C析氢电极的制备方法。

背景技术

在碳中和目标背景下，利用可再生能源耦合发电制氢，能实现峰谷电消纳与分布式能源综合应用。氢能作为化石能源和可再生能源之间过渡和转换的桥梁，有望降低交通运输过程中的碳排放，代替焦炭用于冶金工业降低碳排放。电解水制氢是一种应用较广且技术成熟的工业制氢方式，但电解水制氢受过电位高等因素的影响，通常需要消耗大量的电能，严重阻碍了该技术的大规模应用。

近年来，开发低成本的非贵金属电催化剂是降低电解水制氢能耗的有效办法。专利CN114703506A公开了一种微米球状MnFe₂O₄负载纳米线状的WS₂复合材料电催化制氢催化剂及其制备方法。该方法合成的催化剂具有较高的比表面积，从而具备了较高的析氢性能，然而其制备步骤繁琐，且合成的催化剂材料为粉体材料，需要用有机粘结剂才能负载在基底材料上，降低了电荷转移速度。

专利CN115011995A公开了一种铈基析氢电催化剂及其制备方法和应用。该专利具有操作简单的优势，然而其析氢过电位偏高，难以满足工业化电解水制氢的需求。

发明内容

发明目的：本发明目的之一为提供一种高催化活性的Ni-Se-C析氢电极；本发明另一目的旨在提供上述析氢电极的制备方法。

技术方案：本发明所述的Ni-Se-C析氢电极，由导电基体以及电沉积在导电基体表面的Ni-Se-C镀层组成。

Se原子的电子结构为4s2⁴p⁴，其中空的3d轨道的能级非常接近于3s和3p轨道，所以Se原子的3d轨道容易与过渡金属原子结合生成共价键，使得其拥有更多的金属特性，有助于电子的传输和催化反应的发生；此外，碳原子加入使得晶粒尺寸更加细小，将导致活性位点增多，加快析氢反应。

其中，所述Ni-Se-C镀层中，各元素的质量百分含量为：40～60％Ni、40～60％Se以及余量为C。

其中，所述导电基体为泡沫镍基体。

上述电催化析氢电极的制备方法，包括如下步骤：

(1)先配制电镀水溶液，电镀水溶液通过往水中加入镍源、硒源、碳源、缓冲剂和导电剂配制而成；

(2)以预处理后的导电基体作为工作电极、石墨片作为辅助电极，饱和甘汞电极作为参比电极，采用电沉积法在电镀水溶液中进行电沉积，在导电基体表面得到Ni-Se-C镀层。

其中，步骤(1)中，所述镍源为水溶性镍盐中的一种或几种的混合物；所述硒源为二氧化硒、亚硒酸钠、硒酸钠中的一种或几种的混合物；所述碳源为精氨酸、赖氨酸或组氨酸中的一种或几种的混合物。

其中，步骤(1)中，所述缓冲剂为硼酸或氯化铵。

其中，步骤(1)中，所述导电剂为NaCl、LiCl或KCl中的一种或几种的混合物。

其中，步骤(1)中，电镀水溶液中，镍源的质量浓度为20～40g/L，硒源的质量浓度为5～20g/L，碳源的质量浓度为2～5g/L，碳源的加入使得涂层的晶粒尺寸减小，这导致晶间物质/晶界的活性位点增加，析氢过电位降低；缓冲剂的质量浓度为20～60g/L，导电剂的质量浓度为1～10g/L。