[发明专利]一种电解水制氢电极及其制备方法

说明书

本发明公开了一种电解水制氢电极及其制备方法，将商业电极在1M HCl中进行电刻蚀得到表面粗糙的电极基体，然后将电极基体作为负极进行电镀，在电极基体表面覆盖一层NiCoP合金活性物质，该方法能够有效提升商用电极的析氢性能降低制氢过程中的能耗，实验结果表明，NiCoP合金不仅能够提高镍电极的性能，还能提高其他成本较低的金属电极的性能，如铜电极、铁电极，降低了电极的制备成本。

技术领域

本发明涉及电化学材料技术领域，具体涉及一种电解水制氢电极的制备方法，通过在电极基体上电镀生长了NiCoP催化层，制备了一种析氢性能更好的电解水制氢电极。

背景技术

日益增长的全球能源需求和矿物燃料的过度利用造成的气候变化促使人们加紧探索各种可再生能源。特别是电解水制氢被认为是最简单最清洁的制氢方法之一，但是目前仍需要较高的过电位才能获得较好的反应速率。工业生产发现，利用工业电解槽制氢需要约2V的电位才可驱动，至少有35％的能量损失。同时常用的催化剂仍然是基于贵金属，比如析氢用的 Pt基合金和析氧用的IrO2、RuO2。由于其稀缺性、高成本所以电解水制氢很难实现大规模生产。因此，制备出高活性的电极材料降低所需电位是目前亟待解决的难题。

目前，无论是贵金属(Ir、Ru)催化剂，还是非贵金属催化剂，包括金属氧化物、硫化物、硒化物、磷化物，活性虽有所提升但是其稳定性仍不能满足工业化生产的要求。Ni基电催化剂因其较优异的析氢活性被人们常用作电解水的电极材料。

发明内容

本发明的目的之一在于寻找提升商用电解水的Ni基析氢电极活性的方法；目的之二在于寻找可替代Ni基电极的成本较低的材料。首先通过利用直流电电镀法在电极基体表面生长出类似球形纳米花状的合金材料NiCoP，提高了电极基体的比表面积和高密度的活性位点，然后进一步将该合金材料NiCoP应用于铁电极和铜电极，不但解决商用镍网电解水制氢过程中，存在的能耗高、低活性等难题，而且大大降低了电极材料的成本。

为了实现上述目的，本发明涉及的一种电解水制氢电极，包括电极基体和覆盖在电极基体表面的NiCoP合金。

所述电极基体为现有的商用金属电极，优选镍电极，更优选地铜电极和铁电极，如铜网、镍网、铁丝网。

所述电解水制氢电极的制备方法，具体包括以下步骤：

(1)将电极基体浸没在HCl溶液中电刻蚀至反应完全，然后超声清洗去除表面的HCl 得到表面粗糙的电极基体；

(2)利用两电极体系进行电镀，将步骤(1)处理后的电极基体置于电镀液中，电极基体作为负极，石墨板作为正极，施加恒定的电流进行电镀，完成后冲洗表面残留的电镀液得到表面覆盖合金NiCoP的电极，所述电镀液中含有0.1M NiCl₂、0.1M CoCl₂、0.1M NaH₂PO₂和0.35M Na₃C₆H₅O₇。

电镀过程中：电极基体作为负极发生还原反应：Ni²⁺+2e^-＝＝＝Ni，Co²⁺+2e^-＝＝＝Co，P³⁺+3e^-＝＝＝P，2H⁺+2e^-＝＝＝H₂，在电极基体表面形成NiCoP合金，石墨板作为正极发生氧化反应： 4OH^--4e^-＝＝＝O₂+2H₂O。

具体地，所述步骤(1)将电极基体浸没在1M HCl溶液中，电极基体作为正极，石墨板作为负极，施加50mAcm^-2的电流密度电刻蚀1min。