[发明专利]一种钌-磷共改性镍复合催化剂及其制备方法

说明书

本发明申请属于电解制氢技术领域，具体公开了一种钌‑磷共改性镍复合催化剂，包括钌元素和磷化镍，所述钌元素嵌入到磷化镍内。本发明还公开了钌‑磷共改性镍复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)对泡沫镍进行氧化，制备表面粗糙并含镍氧化物的泡沫镍；(2)将步骤(1)制得的含镍氧化物泡沫镍作为阴极，碳棒作为阳极，配制pH电解质调节液、钌源和磷源的混合溶液作为电解液，通过同一电位阴极极化得到钌‑磷共改性镍复合催化剂。采用本发明技术方案制得的催化剂的析氢活性能够与Pt贵金属催化剂相媲美。

技术领域

本发明申请属于电解制氢技术领域，具体公开了一种钌-磷共改性镍复合催化剂及其制备方法。

背景技术

面对全球化石能源的不断减少及相应污染物造成的环境问题，氢能作为一种可再生的二次清洁能源已受到全球科研工作者的广泛关注。

电解析氢最有效的催化剂是Pt基贵金属，但是Pt基贵金属成本高，并且资源稀缺，无法进行规模化应用，所以目前研究者通过合金化、表面修饰、杂化等措施改变非贵金属催化剂的化学组成和电子结构，设计合成了一系列可替代Pt基贵金属的非贵金属催化剂。其中，过渡金属磷化物催化剂因具有类似于类氢化酶和贵金属Pt的电子结构性质、良好的导电性和耐腐蚀性能的特点而备受关注。但是目前磷化物催化剂的析氢活性依然不能与Pt贵金属催化剂相媲美。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钌-磷共改性镍复合催化剂及其制备方法，其目的在于提高磷化物催化剂的析氢活性，使磷化物催化剂的析氢活性可媲美Pt贵金属。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种钌-磷共改性镍复合催化剂，包括钌元素与磷化镍，通过电化学方法使所述钌元素嵌入磷化镍内。

本基础方案的工作原理和有益效果在于：

本钌-磷共改性镍复合催化剂的析氢活性能够与Pt贵金属催化剂相媲美。

本发明还提供一种钌-磷共改性镍复合催化剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)对泡沫镍进行氧化，制备表面粗糙并含镍氧化物的泡沫镍；

(2)将步骤(1)制得的含镍氧化物泡沫镍作为阴极，碳棒作为阳极，配制pH电解质调节液、钌源和磷源的混合溶液作为电解液，通过同一电位阴极极化得到钌-磷共改性镍复合催化剂。

本基础方案的工作原理和有益效果在于：

本制备方法步骤(1)中：泡沫镍表面粗糙，有利于增加泡沫镍的活性比表面积、催化析氢活性和活性电位，促进电解液的传输和反应过程中生成气体产物的及时扩散，为催化电极具有更佳的析氢催化活性提供了可能。

步骤(2)中：同一电位下，磷源与表面粗糙并含镍氧化物的泡沫镍生成磷化镍的同时，钌源还原得到金属钌，从而形成钌元素嵌入磷化镍内的磷化物催化剂结构。

由于钌的析氢催化性能与Pt相当，但价格却只有Pt的1/20，并且在实际应用中，钌还表现出优异的耐腐蚀性和抗重金属中毒的能力，所以目前工业中也有采用钌单独作为催化剂的实例，现有钌催化剂的制备方法是将溶液型的钌离子涂覆在承载物表面，经过高温加热，使钌离子生成金属钌或者氧化钌，再进行实际工业应用。

另外，申请人查阅文献得知，现有企业大多采用高温固相磷化反应制备磷化镍，采用这种方法不可避免的会使磷源在高温下产生PH₃等有毒物质。所以申请人考虑到如果仅仅采用现有的制备方法(采用高温条件)，使金属钌或者氧化钌涂覆在磷化镍的表面，不但会产生PH₃等有毒物质，而且钌-磷共改性镍复合催化剂的制备过程会较为复杂，并不适用于规模化应用。