[发明专利]一种用于镍网电解水制氢电极的预处理方法

说明书

本发明公开了一种用于镍网电解水制氢电极的预处理方法，将去除表面杂质的镍网置于海水中，作为正极，镍板作为负极，施加恒定的电流进行电化学原位刻蚀，完成后冲洗得到表面粗糙，具有一定机械强度的镍网，过滤处理后得到的海水，将其作为氯碱工业进水，或海水淡化工艺预处理进水。以天然海水为刻蚀溶液，原料来源广，成本低，通过优化刻蚀过程的工艺参数，在保证机械强度的前提下提高镍网表面的粗糙度，增加了镍网与电解液的接触面积，提高镍网电解水催化活性，同时为后续材料生长提供更多的附着位点，可以作为较好的基底材料，刻蚀过程同步实现了海水预处理。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，具体涉及一种用于镍网电解水制氢电极的预处理方法。

背景技术

面对目前严峻的生态环境和能源枯竭问题，探索清洁和可持续能源变得尤为重要。氢能被认为是最有潜力代替传统化石能源并可以满足全球对清洁能源需求的能源之一。电解水制氢因其无污染并且没有副产物产生被人们广泛关注，典型的电解水分解过程由两个半电池组成：用于析氢反应(HER)的阴极和用于析氧反应的阳极(OER)。就目前而言电解水制氢面临的催化剂在长时间工作后活性急剧衰减的问题仍然无法解决，这也是限制其实现工业化的瓶颈。目前钌/铱基催化剂是最先进的OER催化剂，而对HER最有效的催化剂仍然是铂基贵金属催化剂。但是，由于其稀缺性、高成本以及在高电流密度下的不稳定性限制了其大规模的应用。因此，开发高活性、低成本、高稳定性的非贵金属催化剂至关重要。目前工业化使用的电解水材料为镍基电极材料，因为镍作为过渡金属元素来源丰富，催化活性高并且使用镍单质直接作为催化剂具有优异的导电性以及电子传输动力学。目前所用的镍网材料具有较强的机械强度，在电解水过程中具有优异的循环稳定性，但材料表面光滑不能与电解质充分接触，催化活性较低，需要较高的电压驱动其电解水不足以满足工业化的要求。因此需要对其进一步改进在保证稳定性的同时增强其催化活性。近年来，文献中报道了多种提升电极材料催化活性的方法，比如，通过生长NiFe-LDH引入新的活性物质提升催化活性，但是这种方法其稳定性将会大大衰减。通过原位硫化磷化的方法增多材料的催化位点已达到增强催化活性的目的，但是据大多数文献报道，这些催化性能优异的催化剂合成方法多为高温水热合成法、高温气相沉积法等，这些方法的缺点在于成本较高、反应条件苛刻，环境污染等，并不能实现工业化生产。

发明内容

本发明的目的在于一种提升商用电解水的析氧电极表面粗糙度的方法。通过利用海水刻蚀法提高商业镍网表面粗糙度，旨在解决商用镍网电解水制氢过程中，存在的能耗高、低活性、负载位点少等难题。

为了实现上述目的，本发明涉及的一种用于镍网电解水制氢电极的预处理方法，具体包括以下步骤：

(1)将镍网(NM)浸没在去离子水中，超声清洗表面附着的杂质；

(2)利用两电极体系进行海水刻蚀，将步骤(1)处理后的镍网置于海水中，作为正极，镍板作为负极，施加恒定的电流进行电化学原位刻蚀，完成后冲洗得到表面粗糙，具有一定机械强度的镍网。

具体地，所述步骤(1)和(2)均在室温26℃下进行。

优选地，所述的步骤(1)中的处理时间为10min。

优选地，步骤(2)在50mAcm^-2的电流密度下电化学原位刻蚀5-20min，保证得到的镍网具有合适的机械强度和适宜的表面粗糙度。

进一步地，步骤(2)中发生以下反应：Ni-2e^-→Ni²⁺，2H⁺+2e^-→H₂，Ca²⁺+2OH^-→Ca(OH)₂，Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂。该步骤能够有效去除海水中的钙、镁等离子，基于此，过滤步骤(2)处理后得到的海水，去除氢氧化镁、氢氧化钙等沉淀，将其作为氯碱工业用水，或海水淡化工艺预处理进水。