[发明专利]一种氢氧化镍电催化剂、制备方法、电化学活化方法及其应用

说明书

本发明涉及电催化剂技术领域，具体涉及一种氢氧化镍电催化剂、制备方法、电化学活化方法及其应用，先将金属镍盐和碱性化合物通过水热法合成氢氧化镍粉末，然后将获得的氢氧化镍粉末涂覆在导电基底上作为阳极，以石墨棒作为阴极，银/氯化银电极为参比电极，置于氢氧化钾溶液中施加一定电压进行电化学活化，之后，将活化后的氢氧化镍材料直接用于电催化分解水制氢；这种电化学活化方法具有操作简单、成本低、适用于各类电催化剂的改性以及活化后电催化性能好等特点，在电解水制氢和电化学储能等方面具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及电催化剂技术领域，具体涉及一种氢氧化镍电催化剂、制备方法、电化学活化方法及其应用。

背景技术

化石燃料的过渡消耗引发了能源和环境问题，寻找清洁高效的新能源替代品已迫在眉睫。氢能是一种清洁无碳、燃烧热高、用途广泛的能源，是逐步取代传统化石能源，降低温室气体排放和发展可再生能源产业的最佳选择。2019年我国氢气产量约2000万吨，其中90％以上的氢气来自各类化石燃料制氢技术，能耗较高且制得的氢气中含有一定量的杂质。仅有4％的氢气通过电解水技术获得，由于成本较高，当前该技术尚未实现工业化生产，并未体现出规模经济效益。电解水的核心是电催化剂，开发低成本、高活性、稳定性好的电催化剂是电解水技术产业化的关键。

目前商用的电催化剂主要是贵金属，由于价格高昂难以实现工业化生产。以氢氧化镍材料为代表的过渡金属基电催化剂具有元素丰度高、成本低等特点，有望作为贵金属催化剂的替代品。然而，氢氧化镍材料的本征电催化性能较差，导致其过电位较高，限制了电催化反应的效率。针对氢氧化镍材料性能改性的研究主要是成分和显微结构调控，工艺较为繁琐、耗时且改性成本较高。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本发明。

发明内容

本发明的目的在于解决氢氧化镍材料的本征电催化性能较差，导致其过电位较高，限制了电催化反应的效率，现有的对氢氧化镍材料性能改性的研究主要是成分和显微结构调控，工艺较为繁琐、耗时且改性成本较高的问题，提供了一种氢氧化镍电催化剂、制备方法、电化学活化方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明公开了一种氢氧化镍电催化剂的制备方法，包括以下步骤：

S1：称取金属镍盐和碱性化合物分别溶于溶剂中得到金属镍盐溶液和碱性化合物溶液；

S2：将金属镍盐溶液加入碱性化合物溶液中，搅拌30min，倒入聚四氟乙烯内衬中，然后放入反应釜，加热到110～150℃保温10～14h，反应结束后冷却至室温；

S3：将步骤S2中反应得到的产物取出用去离子水和无水乙醇离心各清洗3次，80℃下干燥，干燥后研磨得到氢氧化镍粉末。

所述步骤S1中的金属镍盐为硝酸镍、硫酸镍、氯化镍中的任意一种。

所述步骤S1中碱性化合物为氢氧化钠，金属镍盐和氢氧化钠的摩尔比为1:30，溶剂为水。

所述步骤S1中碱性化合物为碳酸钠，金属镍盐和碳酸钠的摩尔比为1:1，溶剂为水。

所述步骤S1中碱性化合物为尿素，金属镍盐和尿素的摩尔比为1:4，溶剂为丙二醇和水的混合溶液，丙二醇和水体积比为4:1。

本发明还公开了采用上述制备方法制得的氢氧化镍电催化剂。

本发明还公开了上述氢氧化镍电催化剂的电化学活化方法，包括以下步骤：

a、将氢氧化镍粉末分散在水、酒精和全氟磺酸的混合溶液中，超声分散后获得悬浮液；

b、将步骤a中得到的悬浮液涂覆表导电基底的表面；

c、将步骤b中涂有氢氧化镍的导电基底作为阳极，石墨棒作为阴极，银/氯化银电极为参比电极，氢氧化钾或氢氧化钠溶液为电解液，然后利用循环伏安法施加电压。