[发明专利]一种Ni-Sn-La碱性电解水析氢催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种电解水析氢催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种Ni‑Sn‑La碱性电解水析氢催化剂及其制备方法和应用。所述催化剂附着在导电基底上并呈凹凸状，并且表面附着部分类球形颗粒；所述催化剂中含有Ni、Sn、La元素，其中Ni的赋存价态包括零价、正二价和/或正三价；Sn的赋存价态包括零价、正二价和/或正四价，La的赋存价态包括零价和/或正三价。其制备方法包括采用电沉积工艺。采用电沉积时通过优化电解液成分和电沉积参数得到了具有非晶态特征结构且不含粘结剂的催化剂。本发明所得催化剂用于碱性电解水等技术领域。本发明催化剂组织结构设计合理，性能优良具有优异的使用效果和寿命，便于工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种电解水析氢催化剂及其制备方法和应用，具体涉及一种Ni-Sn-La碱性电解水析氢催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

氢能在各种新型能源中以其能量密度高、可再生、无污染等优势而被认为是未来发展的最佳替代能源。在各种制备氢气的方法中，电解水制氢能从根源上解决化石能源消耗所带来的问题，并且制氢效率较高。析氢催化剂作为氢能发展应用的关键一环，开发高效稳定的析氢电极催化剂具有重大意义。Pt基贵金属催化剂性能优异，但由于其高成本、低丰度而难以大规模应用。因此，非贵金属催化剂的研究成为了电解水制氢的热点和方向。

Ni等许多过渡金属因其独特的电子结构而具有良好的催化析氢性能。经多年研究，涌现出了Ni-Mo、Ni-Fe、Ni-Sn合金以及过渡金属硫化物、磷化物、硼化物等催化性能较好的非贵金属催化剂。目前公开的技术：如CN110158126A中就有明确记载“对比例Ni-Co-Sn体系(没有Co)析氢过电位185mv，实施例1的Ni-Co-Sn体系，析氢过电位为130mV，提升了55mV”。如专利CN 112626552 A也有明确记载“一种泡沫镍表面电沉积Ni-Fe-Sn-P合金的方法，其具体工艺如下：(1)选取泡沫镍基底；(2)泡沫镍基底预处理；(3)电镀液配置；(4)施镀：将电镀液在水浴锅中加热至45-65℃，将处理好的泡沫镍基底放入作为阴极，将含碳量99.99％高纯度石墨片作为阳极，在40～120mA/cm²条件下进行电镀，电镀时长30～50min，电镀完后将工作电极取出，用去离子水冲洗，在45～50℃下烘干得到Ni-Fe-Sn-P合金。”同时从该专利的图4可以看出其析氢电位仍然偏高。

发明内容

针对现有技术的不足以及本领域研究和应用的需求，本发明的目的是提供一种碱性条件下，析氢电位低的Ni-Sn-La高效析氢电催化剂及其制备方法和应用。

本发明优选的制备工艺为电沉积工艺，通过调节镀液成分、沉积参数等在镍网上制备出不同形貌及性能的碱性电解水析氢催化剂。

本发明一种Ni-Sn-La碱性电解水析氢催化剂，所述催化剂附着在导电基底上；作为进一步的优选方案，所述催化剂附着在导电基底上并呈凹凸状，并且表面附着部分类球形颗粒；作为更进一步的优选方案，所述催化剂紧密堆积在导电基底上并呈现出粗糙的胞状颗粒状。所述催化剂中含有Ni、Sn、La元素，其中Ni的赋存价态包括零价、正二价和/或正三价；Sn的赋存价态包括零价、正二价和/或正四价，La的赋存价态包括零价和/或正三价。

本发明一种Ni-Sn-La碱性电解水析氢催化剂，所述导电基底优选为镍网，

本发明一种Ni-Sn-La碱性电解水析氢催化剂，催化剂中Ni、Sn、La的摩尔比为75-80：15-25：1.5-3。优选为76-78：18-21：2-2.5、进一步优选为77-77.5：20.5-20.8：2.1-2.3。

本发明一种Ni-Sn-La碱性电解水析氢催化剂，Ni、Sn、La元素均匀分布在电极表面。

本发明一种Ni-Sn-La碱性电解水析氢催化剂，具有非晶态特征结构。这有利于提升其析氢性能。

本发明一种Ni-Sn-La碱性电解水析氢催化剂，不含粘结剂。