一种具备三金属铜-钴-钼/泡沫镍多孔电极材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种具备三金属Cu‑Co‑Mo/泡沫镍多孔电极材料及其制备方法与应用，该方法包括：1)先利用有机溶液和酸去除泡沫镍表面油污和氧化层；2)将铜、钴、钼盐化合物前驱体与泡沫镍共同置于高压釜中密闭反应，然后洗涤干燥，得到在表面生长有水热合成产物的泡沫镍；3)将步骤(2)所得泡沫镍在H2氛围中高温煅烧，随后自然冷却，即得到具备三金属Cu‑Co‑Mo/泡沫镍多孔电解水催化剂。该复合材料中三金属合金与基底镍的结合能力强、碱性条件下性能稳定，且具有较大的电化学活性面积，极大的提高了材料的催化活性；该制备方法通过溶剂热法实现三金属与泡沫镍基底的结合，制备工艺简单、烧结温度低、制备过程中能耗低，便于工业化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种具备三金属铜-钴-钼/泡沫镍多孔电极材料及其制备方法与应用
本专利技术涉及电解水催化析氢
，具体涉及一种具备三金属铜-钴-钼(Cu-Co-Mo)/泡沫镍多孔电极材料及其制备方法与应用。
技术介绍
化石能源的有限使用和环境恶化的日益加剧使得开发清洁的、可再生的新型能源和储能设备成为当务之急。氢气能源因能量密度高、无污染、可持续利用等优点而被认为是化石燃料较为理想可行的替代品。然而氢能并不是一种大量存在于自然界的能源资源，而是需要被生产出来。在目前众多制取氢气的方法中，电解水制备工艺简单，技术较为成熟，清洁无污染，是目前被熟知并认可的制氢方法之一。电解水制氢反应发生在电极表面，包括阴极析氢反应和阳极析氧反应两个基本的半反应。对于电解水制氢如何提高电极催化材料的活性，降低析氢反应过电位，以及提高电极材料的稳定性是电催化领域研究的重点和关键。目前在电催化析氢反应中，最好的析氢催化剂是Pt等贵金属系列，但是因为其价格昂贵，材料稀少，无法在电催化领域大规模推广，严重限制了电解水制氢大规模商业化应用的进程。因此，开发廉价、过电位低且稳定性好的高效电解水析氢催化剂以及电极材料是当前的研究热点。根据实验研究，发现影响阴极析氢催化剂性能的主要因素有几何因素(电极的真实表面积)和能量因素(材料的电子结构)。理想的析氢电极是：析氢过电位尽量低，催化性能尽量稳定和价格尽量廉价。类似于其他异相催化剂，析氢反应催化剂催化性能受活性位点的密度和反应活性的影响，目前催化剂中低导电性、低比表面积、工作电压下的不稳定等因素是导致催化活性低的重要原因。过渡金属元素具有稳定性高，储量丰富，成本低等优点，有希望成为良好的析氢反应催化剂。另外由于镍基材料不仅对析氢反应具有较高的电催化活性，且耐腐蚀性强、价格较低等优点而备受关注。在有关镍基电极的研究中，人们发现影响电极性能主要有两个因数：(1)电极合金成分及其组成比例：当电极合金成分达到合适的比例，使电极能与活性H形成化学键具有适当的吸附强度，又能较好地脱附H2，降低析氢电化学反应中的极化阻力；(2)电极的真实表面积：当电极的真实表面积远大于表观面积时，在同样的电流密度下，真实电流密度比表观电流密度小，通常较小电流密度其过电位也较小。近年围绕优化合金组成及增大电极表面积这两方面，镍基电极种类及结构得到很大的发展。
技术实现思路
基于以上现有技术的不足，本专利技术提供一种具备三金属铜-钴-钼(Cu-Co-Mo)/泡沫镍多孔电极材料及其制备方法与应用，该复合材料中三金属合金与基底镍的结合能力强、耐腐蚀性好、碱性条件下性能稳定；该制备方法通过溶剂热法实现三金属与泡沫镍基底的结合，制备工艺简单、烧结温度低、制备过程中能耗低，便于工业化生产。作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的一种具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料及其制备方法与应用，进一步包括下列技术特征的部分或全部：一种具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料的制备方法，包括以下步骤：1)利用有机溶剂和酸浸泡去除泡沫镍表面油污和氧化层，对泡沫镍进行预处理；2)将铜盐、钴盐、钼盐、去离子水按比例配置成铜、钴、钼盐化合物前驱体溶液，将铜、钴、钼盐化合物前驱体与泡沫镍共同置于高压釜中密闭反应，反应结束后，洗涤干燥，得到在表面生长有水热合成产物的泡沫镍；3)将步骤(2)所得泡沫镍在H2氛围中高温煅烧，随后自然冷却，即得到具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电解水催化剂。作为上述技术方案的改进，所述铜、钴、钼盐化合物前驱体溶液中铜、钴、钼的摩尔比为1:0.7～1.2:0.2～1。作为上述技术方案的改进，所述铜、钴、钼盐化合物前驱体溶液中铜盐、钴盐和钼盐溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。作为上述技术方案的改进，所述铜盐为CuCl2，所述钴盐为Co(NO3)2，所述钼盐为Na2MoO4。作为上述技术方案的改进，水热反应温度为100℃～200℃，反应时间为4～12h。作为上述技术方案的改进，所述铜、钴、钼盐化合物前驱体与泡沫镍在管式炉内高温还原所使用气体为5％H2/95％Ar气氛，以5～10℃/min的升温速率从室温升到300～500℃，保温反应1～3h，反应结束后自然冷却得到Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电解水催化剂。作为上述技术方案的改进，用作材料基底的泡沫镍纯度为99.8％以上，面密度300-450g/m2。作为上述技术方案的改进，所述泡沫镍预处理过程包括：首先在甲醇、乙醇、四氢呋喃、氯仿中的一种或多种溶剂中浸泡超声处理10～50min，然后再用稀盐酸浸泡超声10～50分钟，处理结束后使用去离子水清洗3～4遍。本申请的技术方案还可以通过以下方式实现，具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料采用上述制备方法。本申请的技术方案还可以通过以下方式实现，所述具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料在电解水制氢电极中的应用，用作电解水制氢的电极或催化剂。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下有益效果：(1)本专利技术采用泡沫镍为基底，耐腐蚀性好，同时可以增强Cu-Co-Mo合金与基底的结合能力；采用铜、钴、钼等元素，价格低廉，碱性条件下性能稳定。(2)本专利技术所述电解水制氢电极材料(Cu-Co-Mo三金属多孔电解水催化剂)的制备工艺简单，烧结温度低，制备过程中能耗低，便于工业化生产。(3)本专利技术所制备的Cu-Co-Mo三金属多孔电解水催化剂具有较大的电化学活性面积，极大的提高了材料的催化活性。(4)本专利技术所制备的Cu-Co-Mo三金属多孔电解水催化剂中活性组成为非晶态结构，具有优良的性能和较好的稳定性，可广泛作为碱性电解水析氢电极材料，具有广阔的应用前景。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下结合优选实施例，详细说明如下。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。图1为本专利技术实施例1所制备的具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料表面形貌扫描电镜图；图2为本专利技术实施例2所制备的具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料表面形貌扫描电镜图；图3为本专利技术实施例3所制备的具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料表面形貌扫描电镜图；图4为本专利技术实施例1～3所制备的具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料的线性扫描伏安曲线图。具体实施方式下面详细说明本专利技术的具体实施方式，其作为本说明书的一部分，通过实施例来说明本专利技术的原理，本专利技术的其他方面、特征及其优点通过该详细说明将会变得一目了然。实施例1本专利技术所述具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料的制备方法具体包括以下步骤：a、导电基底的预处理选取裁剪好的1×1cm2的泡沫镍浸泡首先在甲醇、乙醇、四氢呋喃、氯仿中的一种或多种溶剂中浸泡超声处理10～50min，而后换用盐酸溶液超声处理15min，进行化学除油污与表面氧化物；最后用去离子水将镍基底冲洗干净，其中所使用的盐酸浓度为1mol/L。b、在泡沫镍上生长水热合成产物利用水热法将CuCl2、Co(NO3)2、Na2MoO4三种前驱体物质溶于50mL去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三金属Cu‑Co‑Mo/泡沫镍多孔电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用有机溶剂和酸浸泡去除泡沫镍表面油污和氧化层，对泡沫镍进行预处理；2)将铜盐、钴盐、钼盐、去离子水按比例配置成铜、钴、钼盐化合物前驱体溶液，将铜、钴、钼盐化合物前驱体与泡沫镍共同置于高压釜中密闭反应，反应结束后，洗涤干燥，得到在表面生长有水热合成产物的泡沫镍；3)将步骤(2)所得泡沫镍在H2/Ar氛围中高温煅烧，随后自然冷却，即得到具备三金属Cu‑Co‑Mo/泡沫镍多孔电解水催化剂。

【技术特征摘要】
1.一种三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)利用有机溶剂和酸浸泡去除泡沫镍表面油污和氧化层，对泡沫镍进行预处理；2)将铜盐、钴盐、钼盐、去离子水按比例配置成铜、钴、钼盐化合物前驱体溶液，将铜、钴、钼盐化合物前驱体与泡沫镍共同置于高压釜中密闭反应，反应结束后，洗涤干燥，得到在表面生长有水热合成产物的泡沫镍；3)将步骤(2)所得泡沫镍在H2/Ar氛围中高温煅烧，随后自然冷却，即得到具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电解水催化剂。2.根据权利要求1所述的具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料的制备方法，其特征在于，所述铜、钴、钼盐化合物前驱体溶液中铜、钴、钼的摩尔比为1:0.7～1.2:0.2～1。3.根据权利要求1或2所述的具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料的制备方法，其特征在于，所述铜、钴、钼盐化合物前驱体溶液中铜盐、钴盐和钼盐溶液的浓度为0.01～0.05mol/L。4.根据权利要求1所述的具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料的制备方法，其特征在于，所述铜盐为CuCl2，所述钴盐为Co(NO3)2，所述钼盐为Na2MoO4。5.根据权利要求1所述的具备三金属Cu-Co-Mo/泡沫镍多孔电极材料的制备方法，其特征在于，水热反应温度为100℃～200℃，反应时间为4...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻发全，刘曼玉，王建芝，谌伟明，薛亚楠，蔡宁，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42