[发明专利]一种多孔镍合金电解析氢复合阴极材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多孔镍合金材料的制备技术，特别是涉及一种电解析氢复合阴极材料的制备方法。

背景技术

氢能源作为高效洁净的二次能源，被视为未来最有潜力的新能源之一。氢能源的大规模使用将使人类进入一个可持续发展的绿色时代，而大量、廉价的氢气生产是开发和利用氢能的重要前提。目前常见的氢气制备方法有电解水制氢、生物制氢、光催化制氢和化石燃料制氢等方法。在众多的制氢方法中，电解水制氢技术的优势最为显著：制氢原料成本低、资源广、设备成本低、氢气纯度高以及不存在碳排放问题。但是，当前的电解水制氢技术因析氢电极过电位高和稳定性差，导致生产能耗较大，从而限制了该技术的大规模推广应用。因此，提高电极的析氢催化活性和电催化稳定性具有很大的意义。

过渡金属Ni的电子排布为[Ar]3d⁸4s²，具有未成对的3d电子，在析氢电催化反应中，能够与氢原子1s轨道配对，形成强度适中的Ni-H吸附键，兼具优异的析氢催化性能和价格优势，因而被公认为贵金属理想的替换材料。为了提高阴极析氢电极的催化活性，镍基电极的发展主要有三个方向：多孔电极、合金电极和复合电极。多孔电极通过提高自身的真实表面积，使得催化活性中心增多，提高了电极的表观催化活性，从而大大提高了电解效率。合金电极包括Ni-金属以及Ni-非金属合金。根据Engel-Brewer的“火山”理论，d轨道未充满或半充满的过渡系左边的金属(如Fe,Co,Ni)与具有成对的但在纯金属中不适合成键的d电子的过渡系右边的金属(如W,Mo,Cr,La,Ha,Zr)熔成合金时，对析氢反应可以产生非常明显的电催化协同作用。如专利CN102719846，在三维镍网基体上通过控制电沉积电位及电解液中Ni和Mo浓度的电化学沉积Ni-Mo合金镀层，然后在氨性溶液中进行阳极刻蚀制备Ni基三维网状梯度合金析氢阴极材料。该技术所制备的合金电极材料比表面积高，析氢过电位小于100mV，催化性能良好，但是所采用的电化学沉积存在制备工艺复杂和废水废液等环保问题。表明通过增加表面积和形成合金两种方法可以有效提高电极的本征催化活性，提高电解效率，降低能耗。但是，多孔电极和合金电极仍然存在抗逆电流氧化能力差、析氢不稳定、镀层易剥落和使用寿命短等问题。而在实际工业操作过程中不可避免会出现停电现象，多孔电极和合金电极在断电间隙容易被腐蚀氧化，大大降低析氢催化活性；且在长时间断电的情况下，催化组分会溶解析出，析氢活性很容易丧失而导致能耗增大甚至是电解中断。复合电极在基体金属嵌入第二相固体颗粒(如氧化物、碳化物和储氢材料等)，形成复合合金达到高催化性能。储氢合金粉LaNi₅颗粒由于具有很强的吸附氢的能力，使得在断电的时候，吸附的氢慢慢释放出来，阻止了电极表面被氧化，即起到了保护作用。如专利CN 102899681以Ni为基体通过复合电沉积将LaNi₅和Al颗粒囊嵌到镀层中得到Ni/(LaNi₅+Al)前体，然后采用碱溶法将镀层中的铝溶解掉后得到多孔镍复合电极，该电极具有优良的析氢电催化性能和优异的稳定性。

本发明利用粉末反应合成法制备的Ni-Fe-Mo-C/LaNi₅多孔电极，具有较高的比表面积、较低的析氢过电位、相对优良的抗腐蚀性能、抗断电短路能力好、良好的稳定性、机械强度高、制备工艺简单环保等优点，对氢能源的开发与应用有着重要的意义。

发明内容

本发明针对现有析氢电极催化活性不高、耐腐蚀性不好、抗断电短路能力差、析氢不稳定、制备工艺复杂等缺点提供了一种多孔镍合金电解析氢复合阴极材料的制备方法。

本发明提供一种多孔镍合金电解析氢复合阴极材料的制备方法，其具体制备方法包括以下步骤：

(1)粉末配制：将Ni、Fe、Mo、C、LaNi₅五种粉末按一定比例配好，其中Fe、Mo、C、LaNi₅粉共占总含量的22.5～52wt％；

(2)粉末混合：将配制好的粉末混合均匀，加入硬脂酸，干燥5～14h；

(3)压力成型：将干燥后的粉末进行冷等静压，获得生坯；