[发明专利]一种纳米多孔产氢催化剂及其制备方法

说明书

本发明公开一种纳米多孔产氢催化剂及其制备方法，首先按照以下的质量比来制备非晶合金条带：纯Al的质量百分比为50‑80％，纯Cu的质量百分比为5‑20％，纯Ti的质量百分比为10‑20％，纯Pd的质量百分比为10‑20％，四种组分相加为100％；将制备的非晶合金条带依次在氢氧化钠和硫酸中进行两次脱合金，得到纳米多孔Al‑Pd‑Cu‑Ti材料，孔径和韧带的尺寸均为纳米级别，有较大比表面积和更多催化活性位点，与商业铂碳电极电解水催化产氢能力相近，操作简便。

技术领域

本发明涉及用于电解水系统中的产氢催化剂材料，更加具体地说，涉及一种纳米多孔产氢催化剂及其制备方法。

背景技术

近年来随着化石燃料的大量开采，地球化石燃料的储量日益减少。化石燃料燃烧会产生大量的温室气体，导致地球温室效应加剧，随即引发一系列的生态和环境问题。随着形势日益严峻，氢能源因其高的换能效率及清洁无污染在新能源领域受到了越来越多的关注。然而，阳极催化剂的活性及成本问题一直制约着直接燃料电池的大规模应用。Pt及Pt基合金作为性能最优秀的电解水产氢催化剂，其价格及储量限制了其商业化应用。Pd与Pt有着非常相似的化学性质，但其在价格及储量方面均优于Pt。此外，Pd基催化剂也表现出更高的催化稳定性。

纯Pd作为贵金属的一种具有良好的本征电催化活性，但其催化活性位点少，整体催化活性不够高。通过对纯Pd进行硫化处理，其催化产氢活性位点从Pd原子转移到S原子，从而大幅增加材料的催化活性位，进而提升材料的整体催化活性。此外，非晶状态的材料由于其本身原子排列短程有序长程无序，使得材料的熵值很高，混乱度的增大势必会导致其内部各种配位缺陷的增多，从而使得暴漏在外的催化活性位点增多，增大整体的催化活性。Cu原子的引入改变了材料对H原子的吸附和脱附能力，提高催化效率。如果材料对氢的吸附能力太弱，反应物就会减少，产率较低。如果材料对氢的吸附能力太强，则产生氢气不能够及时释放并且在催化剂表面，同样会降低催化效率。因此选择恰当的方法，制备合适的材料，可以最大限度的提升Pd基催化剂的催化活性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米多孔产氢催化剂及其制备方法，采用二级脱合金的方法来制备纳米多孔阴极产氢催化剂材料。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现。

一种纳米多孔产氢催化剂及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，制备Al-Pd-Cu-Ti合金条带

按照以下的质量百分比配料：纯Al的质量百分比为50-80％，纯Cu的质量百分比为5-20％，纯Ti的质量百分比为10-20％，纯Pd的质量百分比为5-20％，四种组分相加为100％，在氩气电弧炉溶炼成合金锭，然后使用甩带机将合金锭融化喷出快速冷却成合金条带。

在步骤1中，将Al-Pd-Cu-Ti(非晶)合金条带剪断成段状，将剪断的条带放入烧杯中，在无水乙醇中超声清洗，在真空干燥箱中室温20—25摄氏度下干燥。

在步骤1中，甩带机需要抽到1×10^-2Pa以下，铜辊的转速需要控制在3000-4000转/分钟，石英管与炉体内部压差需要控制在0.1-0.4Pa。

在步骤1中，纯Al的质量百分比为60-80％，纯Cu的质量百分比为10-20％，纯Ti的质量百分比为15-20％，纯Pd的质量百分比为15-20％。

步骤2，Al-Pd-Cu-Ti合金条带的第一次脱合金

将步骤1制备的Al-Pd-Cu-Ti合金条带置于氢氧化钠水溶液中并放置于密闭容器中，再置于50-100摄氏度恒温干燥箱中，直到无任何气体产生为止，取出Al-Pd-Cu-Ti合金条带清洗干燥，得到第一次脱合金的Al-Pd-Cu-Ti合金条带；

在步骤2中，氢氧化钠水溶液的浓度为0.5-5M，优选1—3M。