[发明专利]一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于电解制氢技术领域，特别涉及一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法。

背景技术

氯碱工业是国家的支柱性基础产业，也是耗能大户。随着时代的进步与科技、经济的不断发展，能源已经成为影响人类社会的一个重要因素。目前，煤炭、石油、天然气等传统能源在世界的经济发展中依然占有举足轻重的作用，但是这些资源在地球上的储量却很有限，能源危机已经成为当前人类亟待解决的问题。在众多新能源中，氢能作为重量轻、无污染、热值高、应用面广的二次清洁能源，早在20世纪70年代中期就受到了高度重视。氢气的制备方式有多种途径，其中氯碱工业中电解水制氢的工艺是当前生产中应用较为成功的一种制氢方法。但是氯碱工业中，由于过电位的存在，使电解水工业耗能巨大，所以研究出析氢过电位较低的电极材料是非常必要的。传统的可有效降低析氢过电位的电极材料主要为Pt、Pd等贵金属，但是这些金属材料在地球上储量稀少，价格昂贵，无法实现大规模的推广。为了满足实际工业化生产的需要，阴极必须能在高温、高碱浓度、高电流密度等条件下可以长期稳定的工作，这就对阴极材料提出了更高的要求，除了考虑其催化析氢性能外，还要考虑电极的稳定性问题。因此，开发和研究一种高催化活性和高稳定性且成本较低的析氢电极具有重要的理论意义和实用价值。

近年来国内外针对析氢电极的催化活性和稳定性做了大量的研究。中国发明专利CN200610136786.5公开了“高催化活性的镍钕磷析氢电极的制备方法”，用铂片做阳极，紫铜片做阴极，将阴极放入含有镍源、钕源、磷源的混合电镀液中进行脉冲电沉积，从而将镍钕磷三种元素电沉积到阴极的紫铜片上。因为镧系金属钕具有储氢性能，所以该方法通过将钕加入到镍磷中在一定程度上可以提高析氢性能。但是，该方法制备的电极存在稳定性不好，比表面积小的问题，而且钕属于稀土元素所以成本也比较高。中国发明专利CN201110273778.6公开了“一种可见光催化光解水制氢催化材料的制备方法”，通过溶胶－凝胶法制备钡铬复合氧化物，再将此氧化物浸渍于硝酸铈溶液中，经过焙烧，得到含有铈的钡铬氧化物光催化材料。因为此含有铈的钡铬氧化物经过焙烧过程，可在一定程度上提高此光催化材料的稳定性。但是，由于太阳能光解水的转化效率较低，而且此光催化材料含有稀有金属铈也存在生产成本高的问题，因而该技术目前还受到很大限制，不能大范围地应用推广。

发明内容

本发明的目的是针对现有析氢电极具用催化活性不高，稳定性较差和成本较高的缺点， 提供一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法。首先在Ni基底上脉冲电镀Ni镀层，然后在Ni镀层上涂覆含有Ru的涂覆液，此时镍、钌会发生部分置换作用，最后再焙烧，形成镍基Ni/RuO₂复合电极。一方面，在镍基底上脉冲电镀Ni镀层，会使颗粒细化，使镀层细致，排列紧密，提高电极的比表面积；另一方面，镍与钌部分置换作用后，再经过焙烧，形成的不是单纯的镍单质与氧化钌，而是镍钌两种金属发生作用而形成析氢催化性能特别好的镍基Ni/RuO₂复合电极，而且焙烧过程大大提高了此析氢电极的的稳定性。

本发明的目的是这样实现的：一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，其具体方法步骤包括

（1）、Ni基底的预处理

首先对Ni片进行机械打磨除去表面的氧化物，使其呈金属光泽后用超纯水清洗干净；然后分别在碱液和无水乙醇中分别超声震荡20min和10min进行化学除油，其中碱液为45g/L硫酸钠、45g/L碳酸钠和45g/L氯化钠的混合水溶液；然后用去离子水冲洗干净，自然风干后浸入无水乙醇溶液中待用； 

（2）、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极

采用两电极体系，以步骤（1）处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极。镀液组成为：20～60 g/L硫酸镍，20～60 g/L次亚磷酸钠，5～20 g/L硼酸，2～10 g/L氯化铵，镀液pH值为1～4，镀液温度为20～60℃，平均电流密度为20～40 mA/cm², 脉冲频率为800～1200Hz，占空比为1：4～6，电镀时间为100～500s。电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极；

（3）、制备镍基Ni/RuO₂复合电极