[发明专利]一种氮掺杂石墨化改性的电极制备方法

说明书

本申请公开一种氮掺杂石墨化改性的电极制备方法，对金属镍基底进行表面清洁处理，获得清洁的金属镍基底；将经表面清洁处理之后的金属镍基底在含有钼酸盐和氟化物的混合溶液中进行基于溶剂热反应的腐蚀处理；将经腐蚀处理之后的金属镍基底在惰性气氛的保护下进行气固反应，对基底表层物质进行氮掺杂石墨化改性，获得所述氮掺杂石墨化改性的电极；与传统的镍基电极制备方法相比，基于水热反应，在镍基底上引入了钼元素，形成含有双金属的纳米棒状表面结构，提高了材料比表面积。

技术领域

本发明属于电解水用阴极电极技术领域，具体涉及一种氮掺杂石墨化改性的电极制备方法。

背景技术

化石燃料的大量使用导致了日益严重的环境污染问题和化石燃料的快速枯竭问题，这对人们的日常生活造成了影响，因此探索和开发可持续利用的清洁能源来替代传统的化石能源是前沿科研领域急需解决的一大难题。

清洁能源是指能够有效降低温室气体排放的新能源技术，是减少二氧化碳排放的重要方法之一。不含碳的氢能源便成为了清洁能源的首选，氢燃烧的产物是水，是世界上最干净的能源。并且氢具有燃烧热值高的特点，是汽油的3倍，酒精的3.9倍，焦炭的4.5倍。当前兼容新能源(风、光、水电等)的电解水制氢逐步发展壮大，成为最为绿色的氢能获取途径，其中碱性电解水有望成为绿色大规模化制氢的领头羊。

碱性电解水主要由析氢(Hydrogen Evolution Reaction,HER；2H₂O+2e^-＝H₂+2OH^-,E⁰＝-0.83 V vs SHE)和析氧(Oxygen Evolution Reaction,OER；2OH^-＝1/2O₂+H₂O+2e^-,E⁰＝0.4V vs SHE) 两个半反应组成。从理论电位差分析，电解水总反应(H₂O＝H₂+1/2O₂；E⁰＝1.23V vs SHE)的理论可逆电压为1.23V。目前，铂基材料和二氧化钌等贵金属催化剂被认为是析氢反应 (HER)和析氧反应(OER)最有效的电催化剂。然而，这些贵金属催化剂成本高、耐久性差和较为稀缺，难以进行大规模商业应用。因此，人们付出了大量的努力来探索稳定、高效、低成本的非贵金属材料。

近年来，许多新的工作主要围绕开发低成本的可替代催化剂，主要有NiO、Ni(OH)₂、 NiMoO₄、Ni₂P、MnO₂等。

发明内容

解决的技术问题：

本申请针对现有技术的不足，解决了目前贵金属催化剂成本高、耐久性差和较为稀缺，难以进行大规模商业应用等技术问题，提供一种氮掺杂石墨化改性的电极制备方法。

技术方案：

为实现上述目的，本申请通过以下技术方案予以实现：

一种氮掺杂石墨化改性的电极制备方法，包括以下步骤：

第一步，表面清洁处理：对金属镍基底进行表面清洁处理，获得清洁的金属镍基底；

第二步，钼酸根腐蚀处理：将经表面清洁处理之后的金属镍基底在含有钼酸盐和氟化物的混合溶液中进行基于溶剂热反应的腐蚀处理；

第三步，氮掺杂石墨化改性处理：将经腐蚀处理之后的金属镍基底在惰性气氛的保护下进行气固反应，对基底表层物质进行氮掺杂石墨化改性，获得所述氮掺杂石墨化改性的电极。

进一步地，所述氮掺杂石墨化改性的电极表层物质为氮掺杂碳纳米管及其包裹的纳米金属颗粒，表现出高效的碱性环境水电解析氢催化性能。