[发明专利]一种掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料及其制备方法与应用。所述复合电极材料的特征在于，以泡沫镍为基底，在所述泡沫镍的表面生长着层状氢氧化镍；所述层状氢氧化镍上掺杂有银。所述复合电极材料在碱性条件下耐腐蚀能力强，材料导电性好，析氢性能优异。所述材料的制备步骤包括：首先配制第一步前驱体盐溶液；然后加入少量银氨溶液得第二步前驱体溶液；再放入经预处理的泡沫镍，采用水热的方法生成掺杂银的层状氢氧化镍。本发明采用一步水热法，实现表面活性物质与泡沫镍基底相结合，制备工艺简单、省时、能耗低，符合节能环保的要求，可实现工业化生产；所得产物具备较高的导电性与析氢催化活性。

技术领域

本发明涉及一种掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料及其制备方法与应用，属于电解水催化析氢技术领域。

技术背景

氢气作为一种重要的化工原料一直以来受到广泛关注，氢气被广泛的应用在石油加工，工业合成氨，金属冶炼等多个领域，对国民经济起着举足轻重的作用。近年来，随着石油和煤等不可再生的化石能源日渐枯竭，同时其燃烧产物二氧化碳等温室气体大量排放所带来的“温室效应”日益加剧，世界各国都把研究的重心转向了新能源的研发。氢能是一种极为优越的新能源，其主要优点有：燃烧热值高、清洁无污染、资源丰富、适用范围广等。氢气能否广泛使用，制氢方法的选择至关重要。制氢方法主要包括电解水制氢、光解水制氢、矿物燃料制氢、生物质制氢、其它含氢物质制氢、各种化工过程副产氢气的回收等。其中水的电催化分解制氢是大规模生产氢的最主要途径。对于电解制氢工业而言，其发展主要受到成本较高的制约，电解制氢发展的瓶颈就在于高的能耗，低的能量转化效率，而具有高催化活性的阴极析氢电极材料对降低电解制氢能耗，提高能量转化效率起着重要作用，因此设计和制备新型的阴极催化析氢材料对电解制氢的工业化应用具有重大意义。

通过合理设计析氢电极材料可降低析氢过电位，降低氢气生产的能耗和成本。优异的析氢电极除了优异的材料本身的催化析氢活性外，还应具备以下特点：大的比表面积；在强碱性溶液中有较好的耐腐蚀性，能够长时间稳定工作；低的制造维修成本等。由于水热法自身的特点，生产的粒子纯度高，分散性好，晶型好且可控制，生产成本低。镍基材料在碱性溶液中表现出优良的耐腐蚀性能，因此合理的设计镍基材料，提高材料催化活性，对于降低电解制氢生产成本和能耗方面有着积极意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料及其制备方法与应用，所述复合电极材料具有较好的导电性和催化活性，其制备方法通过一步水热法实现表面活性物质与泡沫镍基底的结合，制备工艺简单、设备要求低、能耗低，可实现工业化大规模生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料，其特征在于，其以泡沫镍为基底，在所述泡沫镍的表面生长着层状氢氧化镍；所述层状氢氧化镍上掺杂有银。所述复合电极材料的优点在于，其表面活性物质(Ni(OH)₂和Ag₂O)与所述泡沫镍基底结合紧密，在碱性条件下耐腐蚀能力强，材料导电性好，很大地提高了析氢性能。

本发明还提供上述掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

1)以脲、氟化铵和去离子水为原料配制第一步前驱体盐溶液；

2)向所述第一步前驱体盐溶液中加入银氨溶液，配制成第二步前驱体盐溶液；

3)将泡沫镍放入所述第二步前驱体盐溶液中，进行水热反应，反应结束后，将产物洗涤干燥，得到掺杂银的层状氢氧化镍复合电极材料。

按上述方案，优选地，步骤1)中所述脲与氟化铵的摩尔比为4：1。更优选地，所述氟化铵与所述去离子水的用量比为0.01-0.05mol：1L。