[发明专利]一种多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种多孔Ni‑Cu/CNTs‑Ni阴极材料的制备方法。其具体制备方法为：将碳纳米管和分散剂混合，加入去离子水超声分散，随后加入一定比例的硝酸、硫酸混合溶液，水浴加热离心干燥后与氯化锡和氯化钯先后加入镀液组中反应,离心干燥得到CNTs‑Ni材料；按一定比例称取Ni、Cu和CNTs‑Ni粉末，加入酒精在球磨机中球磨，再加入硬脂酸干燥、过筛，将粉末放入压力机内压制生胚，后放入立式钼发热真空烧结炉烧制，冷却后得到多孔Ni‑Cu/CNTs‑Ni阴极材料。本发明原料易得，操作简单，使镀镍碳纳米管均匀分布，通过控制烧结温度与时长，得到均匀分布且相互贯通的多孔结构，增加电化学活性位点，提高催化剂的析氢性能。

技术领域

本发明属于多孔阴极材料的制备方法，具体涉及一种多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料的制备。

背景技术

随着当今社会对化石燃料的大量利用，全球污染和能源枯竭问题变得日益严重，开发新能源已成为目前研究的重点。而氢能源是最理想的新能源，具有能量密度高、可再生、燃烧后无污染等特点，被当做化石燃料的替代。在众多制氢手段中，通过电化学分解水是一种比较清洁的制氢方法，因此受到研究人员的广泛关注。电化学分解水方法是通过阴极的析氢反应与阳极的析氧反应共同组成，在碱性与酸性条件下，析氢反应的快慢与水的分解速度有关，一些贵金属及其氧化物，例如Pt、Re等被认为是析氢活性较高的催化剂，但因其价格昂贵、储存量低而不能被广泛应用，所以制备一种析氢性能高且廉价的材料非常重要。

用低成本材料取代贵金属是当今电催化技术的目的之一。Ni的晶体结构特殊，价格较为便宜，在碱性条件下，有良好的抗腐蚀性和稳定性，被认为是具有发展前景的催化材料之一。但单独的Ni金属作为阴极电极其催化活性并不高，为了提高催化活性，Ni基电极主要有三个发展方向：a)多孔电极，相同体积下，具有更高的比表面积和析氢催化位点；b)合金电极，包括Ni-金属和Ni-非金属材料，通过发生协同作用提高催化活性；c)阴极电极，通过在金属上掺杂其他物质来提升电极的综合性能，比较常用的是石墨烯和碳纳米管，碳纳米管具有良好的稳定性，导热、导电、机械性能较优异，可以被当作电催化剂的载体，通过与活性组分之间的反应，提高结构的催化性能。但碳纳米管的表面能大，曲率高，材料难以将其浸润，与基体材料不能很好地结合，这极大地限制了碳纳米管的应用，一般情况下通过元素掺杂，可以使碳纳米管与基体材料形成高强度连接。

本发明通过粉末烧结法制得多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料，多孔Ni-Cu/CNTs-Ni材料具备分布均匀且内部相互贯通的孔隙，相同体积下有更多的催化活性位点。Ni和Cu的中外层3d轨道电子易与氢原子1s轨道发生相互作用，打破H-O-H共价键，使得金属Ni-Cu的析氢催化活性较好；通过CNTs掺杂Ni，均匀分布在Ni-Cu材料上，一方面使碳纳米管与镍铜能更好的结合，一方面使材料的电导率提高，催化活性位点增加，有利于析氢反应的进行。

综上，本发明制备的多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料催化活性高，稳定性强，对电能的利用率高，且材料便宜易得，有较高的经济价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料的制备方法，在碱性条件下分解水制氢，有较高的催化活性且稳定性好。

本发明多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料首先以碳纳米管为基础，通过化学镀的方法，将镍原子掺杂于碳纳米管上，得到CNTs-Ni；然后在立式钼发热真空烧结炉中，高温烧制得目标产物多孔Ni-Cu/CNTs-Ni阴极材料。

步骤1：首先将碳纳米管溶于酒精，加入十六烷基三甲基溴化铵并超声分散2h后进行离心处理，其中十六烷基三甲基溴化铵与碳纳米管的质量比为1:10；

步骤2：将处理过的碳纳米管加入硫酸与硝酸的质量比为3:1的混合溶液中，以40℃水浴加热4h,然后用去离子水反复冲洗并离心，使混合溶液的PH保持在中性后干燥12h；