[发明专利]一类自支撑分层多孔镍基合金异质结构催化剂的制备方法

说明书

本发明公开了一类自支撑分层多孔镍基合金异质结构催化剂的制备方法，通过“电沉积‑热处理‑腐蚀”的技术成功制备了具有分层多孔结构的镍基多重界面异质结构催化剂。该催化剂的自支撑多孔结构极大提高了电化学活性面积，增大了固液接触面积，暴露出更多的活性位点，电解水催化活性大幅提高；所具有的界面结构促进了电子相互作用，提高了传质效率；该催化剂作为工作电极在碱性电解液中对电解水析氢、析氧以及全水分解同时表现出优异的催化活性。同时该催化剂成本低廉，制备方法简便安全易行，环境友好，催化性能优越。

技术领域

本发明涉及电催化材料领域，具体涉及一类自支撑分层多孔镍基合金异质结构催化剂的制备方法。

背景技术

近年来，全球能源正在向无碳化、低碳化以及绿色无污染方向发展，氢能作为一种零碳排放能源，具有清洁、环境友好以及能量密度高等优势。碱性水溶液中电解水产氢作为一种成熟简单的水循环制氢技术，具有环境友好、安全性高、氢气纯度高等优点，可以利用太阳能、风能等可再生资源富余电力驱动水转化为氢能，被认为是未来绿色制氢工业的核心技术。工业碱性电解水产氢主要使用镍基电催化剂，具有良好的导电性、碱溶液中高的抗腐蚀性以及低廉的价格，但是其析氢和析氧过电位仍然较大，长时间电解过程容易溶解导致过电位升高和活性衰减，造成能耗和生产成本增加。因此，采用简便的方法开发更加高效的镍基双功能电解水产氢催化剂对于促进电解水产氢的广泛应用具有重要的现实意义。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一类自支撑分层多孔镍基合金异质结构催化剂的制备方法。其制备方法简单，所制备催化剂结构与成分可控可调、产率高、成本低、无目标材料损耗，并且作为双功能催化剂在电催化分解水中具有优异的性能，适合大规模生产。

本发明提供一类自支撑分层多孔镍基合金异质结构催化剂的制备方法，采用电沉积、热处理、腐蚀的技术制备泡沫镍表面原位构筑的分层多孔NiZnM@NiZn-Ni异质结构催化剂，其中M为Fe、Co、Cu、Mo、W中的任意一种，表层为NiZnM，基底层为构筑在泡沫镍表面的两级多孔NiZn-Ni，具体包括以下步骤：

（1）将泡沫镍浸泡在盐酸溶液中进行超声清洗处理；

（2）NiSO₄、ZnSO₄、M的硫酸盐或含氧酸盐以及Na₃C₆H₅O₇络合剂组成的混合溶液作为电镀液，采用H₂SO₄溶液调节电镀液的pH，在三电极体系中，采用恒电位方法在泡沫镍表面电沉积高锌含量的合金涂层；

（3）将上述步骤（2）中所得样品在氩气或氮气保护下退火热处理；

（4）将上述步骤（3）中所得样品在氨水、NaOH或KOH溶液中腐蚀得到自支撑分层多孔NiZnM@NiZn-Ni异质结构催化剂。

作为优选的技术方案，所述步骤（1）中泡沫镍首先在1~8 mol/L盐酸溶液中超声5~40 min，然后用去离子水和无水乙醇清洗后晾干。

作为优选的技术方案，所述步骤（2）的混合溶液中，NiSO₄的浓度为0.002~0.02mol/L，ZnSO₄的浓度为0.12~0.4 mol/L，M的硫酸盐或含氧酸盐为FeSO₄、CuSO₄、CoSO₄、Na₂MoO₄、Na₂WO₄中的任意一种，其浓度为0.02~0.2 mol/L，Na₃C₆H₅O₇浓度为0.3~0.6 mol/L，H₂SO₄溶液的质量分数为5~40 %，pH值为3.5~6.0。