[发明专利]具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极、制备方法及应用

说明书

本发明提供一种具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极、制备方法及应用，其中，镍钼铁析氢电极的制备方法包括以下步骤：(1)获得还原电极基底；(2)将还原电极基底作为阴极浸泡在含有聚合物微球和碱源的水溶液中进行电沉积，获得微球模板附着的电极基底；(3)将微球模板附着的电极基底作为阴极，在含有镍源、钼源、柠檬酸钠、氯化钠、尿素的碱性水溶液中电沉积，获得具有有序多孔镍钼催化层的电极；(4)将具有有序多孔镍钼催化层的电极在含有铁源的混合溶液中浸泡，获得具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极。本发明所述具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极的制备方法，可最大限度降低制氢能耗，推动绿氢价格下降和大规模应用。

技术领域

本发明属于电解水制氢技术领域，尤其涉及一种具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极的制备方法、电极及应用。

背景技术

利用可再生能源生产的氢气由于具有低碳属性，被世界能源理事会界定为绿氢。用绿氢代替化石能源制氢的灰氢作为化工原料，是实现煤炭、化工、建筑、工业等领域深度脱碳的重要途径。在绿氢生产技术路线中，通过风力发电、光伏发电、水力发电经由电解水制氢是目前成熟度最高的技术，并且已经具备大规模推广应用的条件。通过与可再生能源发电相融合，绿氢生产还能帮助解决可再生能源发电过剩困境，化解弃风、弃光、弃水等现象，提高可再生能源的利用率。

目前困扰绿氢产业发展的关键因素是绿氢生产成本高，其中电解水过程的用电成本占整个生产成本的70-85％。因此降低电耗一直是电解水制氢领域的热点问题，降低电耗的关键在于电极。电极开发主要分为两个方向：一为电极表面引入活性催化层，通过降低析氢电化学反应过程中的极化阻力，从而提高电极的析氢电催化活性；二是构造高比面积电极结构，增加电解液与电极的接触面积，通过提高真实电流密度降低电耗。因此，提高电极真实电流密度和析氢过电位是提高电极性能的关键，需要开发具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极最大限度降低制氢能耗，推动绿氢价格下降和大规模应用。

发明内容

有鉴于此，本发明创造实施例的第一方面，旨在提出一种具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极的制备方法，以提高电极真实电流密度和析氢过电位，最大限度降低制氢能耗，推动绿氢价格下降和大规模应用。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)电极基底进行碱除油、酸活化预处理获得还原电极基底；

(2)将还原电极基底作为阴极浸泡在含有聚合物微球和碱源的水溶液中进行电沉积，获得微球模板附着的电极基底；

(3)将微球模板附着的电极基底作为阴极，在含有镍源、钼源、柠檬酸钠、氯化钠、尿素的碱性水溶液中电沉积，获得具有有序多孔镍钼催化层的电极；

(4)将具有有序多孔镍钼催化层的电极在含有铁源的混合溶液中浸泡，获得具有有序多孔结构的镍钼铁析氢电极。

优选的，步骤(1)中，电极基底为镍、铁或铜材质的织网、拉伸网、冲孔网或泡沫网中的一种。

优选的，步骤(2)中，所述聚合物微球的材质为聚苯乙烯或聚甲基丙烯酸甲酯；聚合物微球的粒径在50-500nm之间，碱源为NaOH或KOH。

优选的，步骤(2)中，电沉积的条件为常温、常压、电流密度5-100mA/cm²，电沉积的时间为10-30min。

优选的，步骤(3)中，镍源为硫酸镍和氯化镍按摩尔比7:1-9:1混合的混合物，钼源为钼酸铵或钼酸钠。

优选的，步骤(3)中，镍源、钼源、柠檬酸钠、氯化钠、尿素五者含量分别为100-120g/L、20-50g/L、60-100g/L、10-20g/L、10-20g/L。