[发明专利]高效热电化学制氢装置及其制氢方法

摘要

本发明涉及一种制氢装置及其方法，具体为高效热电化学制氢装置，包括电极分别为量子点敏化TiO2纳米管阵列薄膜电极为热电化学制氢体系的阳极，泡沫镍为对电极，电解液为含有Na2SO3和Na2S的水溶液，在15～95℃、0.5～1.5V、100～1000r/min条件下热电化学制氢。量子点敏化TiO2纳米管阵列薄膜电极，由高纯钛片经过机械抛光、化学抛光、阳极氧化、晶化退火、H2O2溶液超声处理、NaOH溶液补充热处理时损失的羟基，最后水溶性铅盐、钠盐水溶液浸泡往复循环制得。该制氢方法所制备的氢气纯度高，可达99.9％以上，并且产氢效率高，相较于传统工业生产中镍合金阳极的产氢量增大几倍至十几倍，所需电压更小、能耗低，电能消耗仅为传统电解法的四分一到三分之一。

主权项

高效热电化学制氢装置，包括电极和电解液，其特征在于：所述的电极分别为量子点敏化TiO2纳米管阵列薄膜电极为热电化学制氢体系的阳极，泡沫镍为对电极，电解液为含有Na2SO3和Na2S的水溶液；所述的量子点敏化TiO2纳米管阵列薄膜电极由以下方法制得：(1)TiO2纳米管阵列薄膜的制备将高纯的钛片机械抛光至高亮且表面无明显划痕，然后将机械抛光后的钛片浸入腐蚀液中进行化学抛光，直至钛片表面无细小气泡冒出，将化学腐蚀后的钛片用去离子水洗净，吹干；腐蚀液由HF、HNO3、H2O按照体积比为1∶4∶5配制；化学抛光后的钛片作阳极，高纯石墨为阴极，含F‑的有机试剂为电解液，槽电压30～100V，阳极和阴极距离5～15cm，阳极氧化3～7小时；将阳极氧化后的钛片清洗干净并充分干燥；阳极氧化后的钛片置于马弗炉内晶化退火，温度400～700℃，时间2～4小时；对晶化退火后的钛片用质量浓度5～15％的H2O2溶液超声处理5～25分钟，再用5～25g/L NaOH水溶液浸泡24小时以补充热处理时损失的羟基，得到钛基锐钛矿型TiO2纳米管阵列薄膜；(2)量子点敏化TiO2纳米管薄膜电极的制备将钛基锐钛矿型TiO2纳米管阵列薄膜置入0.001～0.5mol·L‑1的水溶性铅盐中，停留5～30min后取出，经去离子水洗净并吹干；以0.01～0.5mol·L‑1NaBH4为保护剂，再浸渍于0.001～0.5mol·L‑1的钠盐水溶液中5～30min，取出后用去离子水洗净并吹干；以上过程作一个周期，往复循环1‑20个周期处理，获得量子点敏化TiO2纳米管阵列薄膜电极；钠盐水溶液为Na2S、NaHTe、Na2SeO3中的一种或多种混合物的水溶液。