[发明专利]一种碱性HER催化剂电极及其制备方法

说明书

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种碱性HER催化剂电极及其制备方法。本发明提供的碱性HER催化剂电极的制备方法，包括以下步骤：1)将CoCl₂、NiCl₂、尿素和水混合，得到混合溶液；2)将泡沫镍浸入步骤1)中的混合溶液中，进行水热反应，冷却，洗涤、干燥，得到前驱体；3)将前驱体与次磷酸钠在保护气氛中进行焙烧，冷却、洗涤、干燥，得到所述HER催化剂电极。本发明特定的使用CoCl₂、NiCl₂为原料制备得到的催化剂电极拥有丰富的界面区域，细小均匀的微观结构，有助于暴露大量活性位点从而提高碱性HER催化活性。

技术领域

本发明属于催化技术领域，具体涉及一种碱性HER催化剂电极及其制备方法。

背景技术

水分解反应由析氢反应(HER)和析氧反应(OER)两个半反应组成，然而，高活化能导致HER和OER的动力学变得缓慢，因此需要消耗过多的能量来达到所需的反应速率。贵金属催化剂(Pt、Ir和Ru)已被广泛认为是HER和OER的最佳催化剂，但它们的工业应用受到高成本、低储存能力和低稳定性的严重限制。目前工业上常见的是碱性水电解制氢，普遍采用镍网作为催化剂电极，阳极OER反应与贵金属IrO₂活性差距不大，关键是阴极HER反应，Ni与Pt的活性相差甚远。因此，开发出一种廉价、高效的HER催化剂电极，对于电解水制氢的降成本推广具有远大意义。过渡金属磷酸物(TMPs)由于其无毒、良好的化学稳定性、低成本和在碱性电解液中优异的催化活性而受到广泛关注。CoP₃由于其高导电性和稳定性的优点成为TMPs中的杰出代表，但CoP₃与氢的结合能过强，不利于后续的氢气的脱附过程从而导致催化剂电极的碱性HER催化活性低，催化作用有限。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中催化剂电极的HER催化活性低，催化作用有限的缺陷，从而提供一种碱性HER催化剂电极及其制备方法。

本发明提供一种碱性HER催化剂电极的制备方法，包括以下步骤：

1)将CoCl₂、NiCl₂、尿素和水混合，得到混合溶液；

2)将泡沫镍浸入步骤1)中的混合溶液中，进行水热反应，冷却，洗涤、干燥，得到前驱体；

3)将前驱体与次磷酸钠在保护气氛中进行焙烧，冷却、洗涤、干燥，得到所述HER催化剂电极。

可选的，步骤1)各组分只要混合均匀即可，例如可经过磁力搅拌20min获得均匀的混合溶液，混合溶液为透明的粉红色溶液。

优选的，步骤3)中所述焙烧温度为350-450℃，焙烧时间为2-3h。

优选的，所述焙烧的升温速率为3-5℃/min。

优选的，步骤1)中的CoCl₂、NiCl₂与尿素的摩尔比为(1-2.5)：(1-1.5)：6。

所述NiCl₂与水的用量比值为1.5：(40-60)，单位为mol/L。

优选的，步骤2)中所述水热反应的反应温度为120-150℃，反应时间为6-8h。

可选的，水热合成反应在聚四氟乙烯反应釜内衬中进行。

可选的，泡沫镍(NF)的顶面被聚四氟乙烯胶带覆盖，使得产物在泡沫镍的另一面沉积。

优选的，步骤3)中所述前驱体与次磷酸钠的质量比为1：(5-10)；

和/或，所述保护气氛为Ar。

本发明对煅烧退火的设备没有特殊要求，典型非限定性的，煅烧退火使用管式炉，煅烧结束后自然冷却到室温。