一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂及其制备方法，所述催化剂以泡沫镍为载体，在泡沫镍表面均匀排列生长有片层结构的镍基双金属氢氧化物，纳米银颗粒均匀附着于镍基双金属氢氧化物表面。本发明专利技术提供的泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂以具有网状结构的三维多孔泡沫镍为载体，镍基双金属氢氧化物与载体结合牢固，分布均匀，该催化剂在碱性条件下具有良好的催化析氢效果，且可以在较长时间内保持稳定的催化活性。

【技术实现步骤摘要】
一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂及其制备方法
本专利技术属于电解水催化析氢领域，具体涉及一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂及其制备方法。
技术介绍
目前世界上主要能量来源还是煤、石油和天然气，随着世界经济的发展，能源使用越来越大，而化石燃料作为不可再生的能源，面临枯竭的危险。能源效率低以及环境问题国际化的日益加强，促使加强能源的研究开发。在已被开发的诸多新能源中，氢气能源因生产工艺简单，来源简单、清洁无污染、能量密度高等优点，被认为是最理想的清洁能源。电解水制氢具有工艺简单、产物纯度高、环境友好、能大规模生产等优点受到了学术界和商业界的广泛关注。评价电解水制氢技术发展水平的重要依据是单位电耗，从理论上来讲，根据法拉第定律，制取1m3(标准)的氢气用电是2.94kW.h，而工业生产用电量约为理论值的2倍，主要是由于在生产过程中析氢过电位的存在使其电解槽压升高，能耗增加，制约了电解水技术以及氢能应用的发展。最常用的Pt基催化剂具有优良的电催化析氢活性，但Pt价格昂贵且资源稀缺。因此，开发一种廉价且具有高析氢催化性能的电极材料显得十分重要。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂及其制备方法，该催化剂在碱性环境条件下具有良好的催化析氢活性，并且采用一步水热法制备而成，制备工艺简单。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案是：提供一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物(Ag-dopedNi-MLDH)电催化析氢催化剂，所述催化剂以泡沫镍为载体，在泡沫镍表面均匀排列生长有片层结构的镍基双金属氢氧化物，纳米银颗粒均匀附着于镍基双金属氢氧化物表面。按上述方案，所述镍基双金属氢氧化物为镍铜氢氧化物或镍铬氢氧化物(Ni-MLDH，M为铜、铬中的一种)。本专利技术还提供上述泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂的制备方法，具体步骤如下：1)泡沫镍表面处理：将三维泡沫镍在盐酸溶液中超声20min，除去其表面的氧化物，然后用纯水进行清洗后，放在无水乙醇中脱脂除油20min，最后放在纯水中超声10min；2)将镍盐、金属盐、尿素、氟化铵、纯水混合均匀，得到溶液1，其中镍的摩尔浓度为0.005～0.02摩尔/升，镍盐和金属盐的总摩尔量和尿素的摩尔比1：5，镍盐和金属盐的总摩尔量和氟化胺的摩尔比1：5；3)将硝酸银和纯水混合均匀，得到溶液2；4)将还原剂和稳定剂混合均匀，配制还原剂溶液，得到溶液3；5)将步骤1)中处理后的三维泡沫镍加入到溶液1中，然后依次向溶液1中加入溶液2和溶液3，然后将其转移至Teflon反应釜中进行溶剂热反应，反应结束后洗涤，干燥，即得到泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物析氢催化剂。按上述方案，步骤1)所述泡沫镍纯度为99.99％以上，孔隙率为95％以上。按上述方案，步骤2)所述镍盐选自硝酸镍、氯化镍、硫酸镍、乙酸镍中的一种；所述金属盐选自铜、铬的硝酸盐、氯化盐、硫酸盐、乙酸盐中的一种；所述镍盐和金属盐的摩尔比为10～1：1。按上述方案，步骤3)所述溶液2中银离子浓度为0.01～0.1摩尔/升。按上述方案，步骤4)所述还原剂为硼氢化钠，所述稳定剂为柠檬酸三钠，所述还原剂与稳定剂摩尔比为1：0.1～1。按上述方案，步骤5)溶液1中所述镍盐和金属盐总摩尔量与溶液2中硝酸银的摩尔比为1：1～3。按上述方案，步骤5)溶液2中所述硝酸银摩尔量与溶液3中还原剂和稳定剂的总摩尔量的摩尔比为1：1～3。按上述方案，步骤5)所述溶剂热反应条件为120～180℃下反应6～12h。本专利技术还包括上述泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂在电催化析氢方面的应用。上述泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂的使用方法为：将所述泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂置于碱性溶液中。优选的是，所述碱性溶液为1mol/L的氢氧化钾水溶液(pH值＝13.6)。本专利技术设计合成了银掺杂镍基层状双金属氢氧化物(Ag-dopedNi-MLDH)催化材料，采用一步水热法在三维泡沫镍基底表面生长一层与泡沫镍致密结合的镍基双金属氢氧化物(Ni-MLDH)的同时引入纳米银，层状双金属氢氧化物(LDH)片层结构使能有效增大催化剂的表面积，有助于暴露更多的活性位点；层状双金属氢氧化物相对较弱的导电性限制了这类催化剂催化活性的发展，本实验掺杂强导电性且本身具有催化活性的金属银，明显改善了这一缺点从而使电催化析氢性能得到了明显提高。本专利技术的有益效果在于：1、本专利技术提供的泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂以具有网状结构的三维多孔泡沫镍为载体，增大了与水的接触表面积，为电子转移提供了良好通道，镍基双金属氢氧化物与载体结合牢固，分布均匀，提高了电极的稳定性，另外，镍基双金属氢氧化物的片层结构增大了催化剂的比表面积，过渡金属含量高，丰富了活性位点，增强催化活性，该催化剂在碱性条件下具有良好的催化析氢效果，且可以在较长时间内保持稳定的催化活性。2、本专利技术提供的制备方法步骤简单，易于实施。附图说明图1为本专利技术实施例1所制备的泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂的TEM照片；图2为实施例2所制备的泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂的TEM照片；图3为实施例1-2以及对比例1-3制备的复合催化剂析氢线性扫描曲线图；图4为实施例2制备的泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂在恒电流下的计时电位曲线图；图5为分别以实施例1-2以及对比例1-3制备的复合催化剂为工作电极饱和甘汞电极为参比电极，石墨棒为对电极，1.0摩尔/升的氢氧化钾水溶液为电解质溶液，测试温度为25℃的Tafelslope图。具体实施方式为使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。实施例1制备泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂，具体步骤如下：(1)将三维泡沫镍(1×3cm2，纯度为99.99％，孔隙率为95％)在1摩尔/升盐酸溶液中超声20min，除去其表面的氧化物，然后用纯水进行清洗后，放在无水乙醇中脱脂除油20min，最后放在纯水中超声10min；(2)将硝酸镍、硝酸铜、尿素、氟化胺、纯水混合均匀，得到溶液1，其中镍的摩尔浓度为0.02摩尔/升，铜的摩尔浓度为0.01摩尔/升，尿素的摩尔浓度为0.15摩尔/升，氟化胺的摩尔浓度为0.15摩尔/升；将硝酸银和纯水混合均匀，得到溶液2，其中银离子的摩尔浓度为0.1摩尔/升；将还原剂硼氢化钠和稳定剂柠檬酸三钠混合均匀，配制还原剂溶液，记为溶液3，其中硼氢化钠摩尔浓度为0.1摩尔/升，柠檬酸三钠摩尔浓度为0.02摩尔/升；将步骤(1)中处理后的三维泡沫镍加入到溶液1中，然后依次向溶液1中加入溶液2和溶液3，其中溶液1中镍盐和铜盐总摩尔量与溶液2中硝酸银的摩尔比为1：1，溶液2中硝酸银摩尔量与溶液3中还原剂和稳定剂的总摩尔量的摩尔比为1：1，然后将其转移至Teflon反应釜中进行溶剂热反应，在180℃的温度下反应6h；待反应结束后，用去离子水洗涤，放入冻干机干燥，即得到泡沫镍负载银掺杂镍铜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂，其特征在于，所述催化剂以泡沫镍为载体，在泡沫镍表面均匀排列生长有片层结构的镍基双金属氢氧化物，纳米银颗粒均匀附着于镍基双金属氢氧化物表面。

【技术特征摘要】
1.一种泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂，其特征在于，所述催化剂以泡沫镍为载体，在泡沫镍表面均匀排列生长有片层结构的镍基双金属氢氧化物，纳米银颗粒均匀附着于镍基双金属氢氧化物表面。2.根据权利要求1所述的泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂，其特征在于，所述镍基双金属氢氧化物为镍铜氢氧化物或镍铬氢氧化物。3.一种权利要求1或2所述的泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：1)泡沫镍表面处理：将三维泡沫镍在盐酸溶液中超声20min，除去其表面的氧化物，然后用纯水进行清洗后，放在无水乙醇中脱脂除油20min，最后放在纯水中超声10min；2)将镍盐、金属盐、尿素、氟化铵、纯水混合均匀，得到溶液1，其中镍的摩尔浓度为0.005～0.02摩尔/升，镍盐和金属盐的总摩尔量和尿素的摩尔比1：5，镍盐和金属盐的总摩尔量和氟化胺的摩尔比1：5；3)将硝酸银和纯水混合均匀，得到溶液2；4)将还原剂和稳定剂混合均匀，配制还原剂溶液，得到溶液3；5)将步骤1)中处理后的三维泡沫镍加入到溶液1中，然后依次向溶液1中加入溶液2和溶液3，然后将其转移至Teflon反应釜中进行溶剂热反应，反应结束后洗涤，干燥，即得到泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物析氢催化剂。4.根据权利要求3所述的泡沫镍负载银掺杂镍基双金属氢氧化物电催化析氢催化剂的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：喻发全，童晶，王蕾，王建芝，李巍，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