[发明专利]一种多孔Ni-Co/石墨烯电极的电化学制备方法

说明书

本发明提供一种多孔Ni‑Co/石墨烯电极的电化学制备方法，步骤如下：将泡沫镍在超声波清洗器中用碱性除油液除油；将镀液加热至50℃，用稀硫酸溶液调节镀液的pH值为2‑2.5；将镍块和泡沫镍垂直放入电解槽中，将电解槽置于磁力搅拌器上，以镍块为阳极、泡沫镍为阴极，将其分别连接脉冲电源的正、负极，将镀液倒入电解槽，开启磁力搅拌器；打开脉冲电源开关，设置电镀参数，接着接上负载，电镀20‑30min；电镀完成后，用去离子水清洗泡沫镍镀片若干次后烘干，即得多孔Ni‑Co/石墨烯电极。该方法为脉冲电沉积的方法，与直流法制备的材料相比，制备的多孔Ni‑Co/石墨烯复合材料表面更加致密，具有良好的电催化析氢活性。

技术领域

本发明涉及电化学技术领域，尤其涉及一种多孔Ni-Co/石墨烯电极的电化学制备方法。

背景技术

氢气是一种最为理想的清洁新型能源。电解水制氢是工业化廉价制备氢气的重要手段，而且电解水制氢的资源非常丰富。降低析氢反应的过电位是电解制氢工业中降低能耗的主要途径。但是，大部分电极材料的析氢过电位高，电能消耗大。因此，电解水制备氢气的重点问题是要研发出成本低廉、具有高催化析氢活性、低析氢过电位的阴极材料。

目前在电解水制氢、氯碱工业生产中，普遍存在槽电压过高、能耗太大、析氢过电位高、成本高等问题。其中，阳极过电位通过形稳阳极(DSA)的使用已大大降低了，而对于阴极的材料选择、结构的设计及制备工艺的优化一直是电解水制氢的关键，这对于电极成本的降低、催化利用率的提高以及电解能耗的减少起到非常重要的作用。

电催化析氢反应是电能向化学能转化的一个有效途径，影响电极电催化析氢活性的两个重要因素分别为电极的比表面积、析氢过电位。提高电极材料电催化析氢活性的方法主要有：⑴增大阴极电极材料的孔隙率或表面粗糙度，提高电极的真实表面积，降低电解过程中电极表面的真实电流密度，达到降低析氢超电势的目的。常见的方法是将Ni与易溶出的金属(如Zn、Sn等)合金化，形成前体合金，再通过化学或电化学方法将合金组分溶出，形成多孔结构的Raney Ni或多孔的镍合金电极。与平滑的Ni基电极相比，多孔电极具有更大的比表面积、更高的催化活性，但是Raney Ni之类的多孔电极的机械强度和抗电流氧化能力较差，长时间断电情况下电极内的催化组分会氧化溶解，实用性不强。⑵提高电极本身的电化学活性，采用高催化活性的新型析氢阴极材料。

理想的电催化析氢材料除了具有优良的析氢催化活性以外，还应具备优良的导电性、高比表面积和合适的孔隙率、较强的结合强度、适宜的催化剂晶面结构等性能，制备成本低廉。根据Engel Brewer价键理论，过渡金属具有未成对的d电子和未充满的d轨道，对氢气析出反应有非常明显的电催化协同作用，有利于析氢反应的进行。

工业上电解水通常采用Ni基电极材料，电解的能耗大部分与析氢过电位有关，但是，过高的析氢过电位严重地抑制了这种电极材料的应用。因此，要实现大规模工业化制氢，最行之有效的办法是降低阴极析氢反应的过电位。

降低析氢过电位的主要方法是增大电极的孔隙率或表面粗糙度，提高比表面积；或使用高催化活性的新型析氢材料，提高电极本身的电化学活性。Pt、Pd等虽然具有低的析氢过电位、高的电催化活性，但是价格昂贵，不适合在工业生产中大规模使用。非贵金属Ni及Ni基电极显示出较高的电催化析氢活性,并且Ni的来源广泛、价格低廉，备受研究工作者的青睐。因此，有关镍基合金析氢电极的研究报道较多，比如Ni-S、Ni-Mo、Ni-Co、Co-Ni-Fe-C、Ni-Co-Y、Ni-Co-Sn、Ni-W、Co-Ni-石墨、Ni-Co-Mo等，这些析氢电极通常是在块状基体上制备获得的。