[发明专利]一种镍/氧化钒析氢电极及制备方法、应用

说明书

本发明提供了一种镍/氧化钒析氢电极及制备方法、应用。将镍盐、钒盐、碳布混合均匀，采用水热法在碳布基底上生长NiV‑LDH前驱体；将上述的生长有NiV‑LDH前驱体的碳布高温煅烧，即得Ni/V₂O₃电催化析氢电极。电极具有优异的析氢性能，不错的稳定性，并且制备简单，操作方便，实用性强，具有可观的应用前景。

技术领域

本发明属于电催化分解水析氢领域，电极是镍/氧化钒复合物，具有高效的分解水析氢效果。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

随着化石燃料的大规模使用，环境污染问题日益严重，为了解决环境问题，发展新型能源势在必行，氢气作为一种清洁无污染且具有高燃烧值的未来能源则备受人们关注。而在众多制氢技术中，电催化分解水析氢作为一种比较切实可行的制氢技术近年来得到越来越多的关注。为了降低析氢反应的过电位从而节约电能，人们往往在电解池中加入析氢电催化剂。目前最常用的且效果最好的电催化剂是贵金属铂。由于贵金属价格昂贵，储量稀少，严重制约了它的大规模使用，因此发展新型的非贵金属基电催化剂来取代贵金属铂则是很有必要的。

过渡金属镍价格低廉，储量丰富，导电性高作为一种潜在的替代贵金属铂的析氢电催化剂近年来受到越来越多的关注。但是发明人发现：目前许多方法制备出来的镍仍具有较大的析氢过电位和较缓慢的动力学过程，析氢性能与贵金属铂相比相差甚远，这严重制约了它的推广发展。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种高效稳定的镍/氧化钒(Ni/V₂O₃)电催化析氢电极。通过以NiV-LDH(镍钒层状双金属氢氧化物)作为前驱体一步还原制备得到Ni/V₂O₃电极。相比较于Ni电极具有更低的析氢过电位，经iR补偿后，在电流密度为10mA·cm^-2时的过电位为44mV(vs RHE)，性能也非常接近商业Pt/C电极，这表明了Ni/V₂O₃电极具有非常优越的性能。

为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：

一种镍/氧化钒析氢电极的制备方法，包括：

将镍盐、钒盐、碳布混合均匀，采用水热法在碳布基底上生长NiV-LDH前驱体；

将上述的生长有NiV-LDH前驱体的碳布高温煅烧，即得Ni/V₂O₃电催化析氢电极。

本申请研究发现：生长有NiV-LDH前驱体的碳布经高温煅烧可以使其在边角位置暴露更多的析氢活性位点及高活性结晶面，从而形成高性能的电催化析氢电极。

在一些实施例中，镍盐、钒盐、碳布混合体系中还加入尿素和氟化铵。尿素是沉淀剂，与氟化铵配合可以更好地控制Ni/V₂O₃的形貌，具有提高反应速率的作用，还可以调节反应的稳定性。

目前，常用的镍基二元合金为Ni-Mo合金、Ni-Co合金、Ni-Fe合金、Ni-Sn合金、Ni-W合金、Ni-Cu合金、Ni-Zn合金、Ni-Cr合金、Ni-V合金、Ni-Ti合金，但都存在机械强度稍差，间歇电解时，电化学稳定性不佳的问题。为此，在一些实施例中，所述镍盐、钒盐的摩尔比为4～1:1～4。制备的催化析氢电极具有良好的电催化析氢性能和稳定性。

在一些实施例中，所述尿素和氟化铵的摩尔比是2～2.1:1～1.1。