一种Ni-S-W-C析氢电极及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种Ni‑S‑W‑C析氢电极，包括镍基体和沉积在所述镍基体表面的Ni‑S‑W‑C镀层，所述Ni‑S‑W‑C镀层包括以下重量百分含量的组分：Ni：50～80％，S：5～20％，W：0.1～1.5％，余量的C。本发明专利技术采用将W、C元素掺杂到Ni‑S镀层中形成Ni‑S‑W‑C镀层，Ni‑S‑W‑C镀层具有较低的析氢过电位、较高析氢催化活性和优异的稳定性，可广泛地作为碱性水电解析氢电极材料，由实施例可知，本申请提供的Ni‑S‑W‑C析氢电极析氢过电位为270mV，表观电流密度为5.27×10

【技术实现步骤摘要】
一种Ni-S-W-C析氢电极及其制备方法
本专利技术涉及电催化析氢
，尤其涉及一种Ni-S-W-C析氢电极及其制备方法。
技术介绍
氢能因其具有储量丰富、来源广泛、能量密度高、清洁等优点，而被认为是一种优异能源载体，目前已引起了世界各国的广泛关注。大规模、低成本地制取氢气是利用氢能的前提条件。在众多的制氢技术中，水电解制氢具有操作简单、氢气纯度高、能量效率高(≥70％)、原料来源广泛等优点，目前是一种成熟的工业制氢方法，其制氢量占总制氢量的4％。然而该方法能耗高，其中阴极材料的析氢过电位是影响能耗的主要因素。Pt、Pd等贵金属虽然具有较低的析氢过电位，然而其储藏量有限，价格较高，难以大规模工业化应用。因此，研发一种低成本、低析氢过电位的析氢电极具有重要的现实意义和实用价值。现有技术中，Ni合金因其具有催化活性高、制作简单、低成本等优点，使其作为重要的催化析氢材料而受到广泛的关注。然而，目前的Ni合金析氢电极的析氢过电位仍然相对偏高，如HashiWto等公开了在Ni-Mo合金中引入C元素，有利于细化晶粒尺寸和抑制Mo元素的溶出，增强了Ni-Mo-C析氢电极析氢催化活性和抗断电性能，析氢过电位在100mA/cm2时仅为200mV(参见《NanocrystallineelectrodepositedNi-Mo-Ccathodesforhydrogenproduction》,KHashiWto,TSasaki,SMeguro,etal.,MaterialsScienceandEngineeringA,2004,375-377:942-945)；Jiang等公开了一种以赖氨酸为碳源所制备的Ni-Fe-C析氢电极的方法：C元素进入Ni-Fe合金后，细化了合金的晶粒尺寸，增大了合金颗粒的表面能，从而使表面原子具有较高的活性，进而降低了析氢过电位，其析氢过电位为65mV(参见《StudyonNi-Fe-Ccathodeforhydrogenevolutionfromseawaterelectrolysis》,NanJiang,Hui-MinMeng,Li-JunSong,etal.,InternationalJournalofHydrogenEnergy,2010,35:8056-8062)。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种Ni-S-W-C析氢电极，提高析氢电极的析氢催化活性，降低析氢电极的析氢过电位。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种Ni-S-W-C析氢电极，包括镍基体和沉积在所述镍基体表面的Ni-S-W-C镀层，所述Ni-S-W-C镀层包括以下重量百分含量的组分：Ni：50～80％，S：5～20％，W：0.1～1.5％，余量的C。优选地，所述的Ni-S-W-C镀层包括以下重量百分含量的组分：Ni：60～70％，S：10～15％，W：0.5～1％，余量的C。优选地，所述的Ni-S-W-C镀层的厚度为20～50μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述的Ni-S-W-C析氢电极的制备方法，包括以下步骤：(1)提供电镀水溶液，所述电镀水溶液包括以下浓度的组分：镍源80～160g/L，硫脲80～130g/L，钨源10～45g/L，赖氨酸1～5g/L，络合剂60～100g/L，H3BO320～60g/L，导电剂20～60g/L，糖精0.5～5.0g/L，磺基水杨酸5～30g/L；(2)以镍基体为阴、阳极，阴、阳极间的距离为0.5～3.0cm，用所述步骤(1)得到的电镀水溶液进行电镀，得到Ni-S-W-C析氢电极。优选地，所述步骤(2)中电镀过程中，电镀水溶液的温度为30～60℃，所述电镀的时间为30～90min。优选地，所述步骤(2)中电镀的电流密度为2～6A/dm2，所述电镀的脉冲频率为50～250Hz，所述电镀的占空比为0.30～0.85。优选地，所述步骤(1)中镍源包括水溶性镍盐中的一种或几种的混合物。优选地，所述步骤(1)中钨源包括可溶性钨酸盐中的一种或几种的混合物。优选地，所述步骤(1)中络合剂包括Na3C6H5O7和/或(NH4)3C6H5O7。优选地，所述步骤(1)中导电剂包括碱金属无机盐和/或可溶性铵盐。本专利技术提供了一种Ni-S-W-C析氢电极，包括镍基体和沉积在所述镍基体表面的Ni-S-W-C镀层，所述Ni-S-W-C镀层包括以下重量百分含量的组分：Ni：50～80％，S：5～20％，W：0.1～1.5％，余量的C。本专利技术采用将W、C元素掺杂到Ni-S镀层中形成Ni-S-W-C镀层，Ni-S-W-C镀层具有较低的析氢过电位、较高析氢催化活性和优异的稳定性，可广泛地作为碱性水电解析氢电极材料，由实施例可知，本申请提供的Ni-S-W-C析氢电极析氢过电位为270mV，表观电流密度为5.27×10-2mA/cm2，具有更高的析氢催化活性。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1为本专利技术实施例1制得的Ni-S-W-C析氢电极的表面形貌和能谱图；图2为本专利技术实施例制得的Ni-S-W-C析氢电极析氢线性扫描曲线。具体实施方式本专利技术提供了一种Ni-S-W-C析氢电极，包括镍基体和沉积在所述镍基体表面的Ni-S-W-C镀层，所述Ni-S-W-C镀层包括以下重量百分含量的组分：Ni：50～80％，S：5～20％，W：0.1～1.5％，余量的C。本专利技术提供的Ni-S-W-C析氢电极包括镍基体电极。本专利技术对所述镍基体的来源没有任何特殊的限制，采用本领域技术人员熟知的市售商品即可；本专利技术对所述镍基体的形状没有任何特殊的限制，根据本领域技术人员的需要进行选择；在本专利技术中所述镍基体优选为泡沫镍、雷尼镍和镍板。本专利技术提供的Ni-S-W-C析氢电极包括沉积在所述镍基体电极表面的Ni-S-W-C镀层，所述Ni-S-W-C镀层包括质量百分含量为50～80％的Ni单质，优选为60～70％。在本专利技术中，所述Ni-S-W-C镀层包括质量百分含量为5～20％的S组分，优选为10～15％。在本专利技术中，所述Ni-S-W-C镀层包括质量百分含量为0.1～1.5％的W组分，优选为0.5～1％。在本专利技术中，所述Ni-S-W-C镀层的厚度优选为20～50μm，更优选为25～35μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述的Ni-S-W-C析氢电极的制备方法，包括以下步骤：(1)提供电镀水溶液，所述电镀水溶液包括以下浓度的组分：镍源80～160g/L，硫脲80～130g/L，钨源10～45g/L，赖氨酸1～5g/L，络合剂60～100g/L，H3BO320～60g/L，导电剂20～60g/L，糖精0.5～5.0g/L，磺基水杨酸5～30g/L；(2)以镍基体为阴、阳极，阴、阳极间的距离为0.5～3.0cm，用所述步骤(1)得到的电镀水溶液进行电镀，得到Ni-S-W-C析氢电极。本专利技术提供电镀水溶液，所述电镀水溶液包括以下浓度的组分：镍源80～160g/L，硫脲80～130g/L，钨源10～45g/L，赖氨酸1～5g/L，络合剂60～100g/L，H3BO320～60g/L，导电剂20～60g/L，糖精0.5～5.0g/L，磺基水杨酸5～30g/L。在本专利技术中，所述电镀水溶液的pH值优选为3～5，更优选为4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Ni‑S‑W‑C析氢电极，包括镍基体和沉积在所述镍基体表面的Ni‑S‑W‑C镀层，所述Ni‑S‑W‑C镀层包括以下重量百分含量的单质：Ni：50～80％，S：5～20％，W：0.1～1.5％，余量的C。

【技术特征摘要】
1.一种Ni-S-W-C析氢电极，包括镍基体和沉积在所述镍基体表面的Ni-S-W-C镀层，所述Ni-S-W-C镀层包括以下重量百分含量的单质：Ni：50～80％，S：5～20％，W：0.1～1.5％，余量的C。2.根据权利要求1所述的Ni-S-W-C析氢电极，其特征在于，所述的Ni-S-W-C镀层包括以下重量百分含量的组分：Ni：60～70％，S：10～15％，W：0.5～1％，余量的C。3.根据权利要求1所述的Ni-S-W-C析氢电极，其特征在于，所述的Ni-S-W-C镀层的厚度为20～50μm。4.权利要求1或2所述的Ni-S-W-C析氢电极的制备方法，包括以下步骤：(1)提供电镀水溶液，所述电镀水溶液包括以下浓度的组分：镍源80～160g/L，硫脲80～130g/L，钨源10～45g/L，赖氨酸1～5g/L，络合剂60～100g/L，H3BO320～60g/L，导电剂20～60g/L，糖精0.5～5.0g/L，磺基水杨酸5～30g/L；(2)以镍基体为...

【专利技术属性】
技术研发人员：何捍卫，吴艺辉，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43