析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极技术

本发明专利技术属于电化学材料技术领域，具体涉及一种析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极。该析氢催化材料的制备方法包括如下步骤：提供钯基非晶合金，所述钯基非晶合金表面设置有微纳结构；将所述钯基非晶合金置于酸溶液中，进行电沉积处理，得到所述析氢催化材料。该制备方法得到的析氢催化材料有较高的电化学活性面积、优异的电化学析氢反应性能，同时超500小时的电催化稳定性，在高效电解水制氢方面有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极
本专利技术属于电化学材料
，具体涉及一种析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极。
技术介绍
随着人类经济社会的高速发展，在过去100年间人类消耗了大量的自然资源，由此造成的环境问题和资源短缺，迫切需要开发可替代的新型清洁能源。在众多新能源中，氢能作为一种高效清洁的能源在21世纪得到了广泛关注和应用，被誉为是21世纪最具潜力的清洁能源，而太阳能光伏质子交换膜水电解制氢是高效便捷的清洁制氢路线。目前，质子交换膜水电解析氢电极材料普遍存在价格昂贵、比表面积低、电催化活性不高、尤其是酸性条件稳定性差的缺点，导致电解电极析氢电位过高，能耗过大，严重制约了电解水法制氢技术的发展。因此，开发具有高效稳定的阴极析氢材料具有重要的科学意义和实际应用价值。非晶合金，也称为液态金属或金属玻璃，是20世纪60年代发现的一类新型金属材料，一般是将熔融态合金急冷凝固使得体系来不及结晶而形成，原子排列继承液态的长程无序结构，从而具有很多优异的力学与物化性能。近年来非晶合金作为一种催化收到广泛关注，由于非晶态合金表面缺陷多，形成的催化活性中心数目多；表面原子配位不饱和度高，催化活性高；所有金属和类金属均可以形成非晶态合金，组成变化范围大，找到优异性能合金的范围广，非晶态合金被誉为一类具有发展前景的新催化材料。目前也已经有文献报道片状Pd40Ni10Cu30P20非晶合金在电解水析氢方面表现出良好的催化性能，但是，工业化制氢需要高效率的催化析氢材料，这种需求使得阴极材料应同时考虑3个要素：(1)催化剂具有较好的本征催化活性；(2)通过界面工程制备具有较大的电化学表面，以增加有效的催化位点；(3)尽量减少催化表面层与电极基底的接触电阻，加速电子转移。虽然非晶合金在过冷液相区的超塑性可以完美复制出大规模纳米阵列结构，但是目前难以直接合成多组元纳米非晶合金。因此，现有技术有待改进。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种析氢催化材料及其制备方法和电解水析氢电极，旨在解决现有非晶合金析氢催化效果不理想的技术问题。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术一方面提供一种析氢催化材料的制备方法，包括如下步骤：提供钯基非晶合金，所述钯基非晶合金表面设置有微纳结构；将所述钯基非晶合金置于酸溶液中，进行电沉积处理，得到所述析氢催化材料。在一个实施例中，所述钯基非晶合金表面设置的微纳结构由多个纳米柱组成，所述纳米柱的高度为200-50000nm，直径为10-500nm。在一个实施例中，所述钯基非晶合金通过将钯基非晶合金原料热压复制阳极氧化铝微孔结构得到。在一个实施例中，所述热压复制在所述钯基非晶合金原料的过冷液相区间进行；和/或，所述热压复制的热压强度为50-500MPa。在一个实施例中，所述钯基非晶合金的通式为Pda-xNibCucPdMx；其中，a+b+c+d＝100，30≤a≤45，5≤b≤15，20≤c≤35，15≤d≤25，0≤x≤10，M为Si、B、C、N、S、Mg、Fe、Co、Mn、Mo、Ti、Zr和Nb的一种或多种。在一个实施例中，所述酸溶液包括硫酸、盐酸、硝酸和磷酸的一种或多种；和/或，将所述钯基非晶合金置于酸溶液中浸泡0.5-12h后，再进行所述电沉积处理。在一个实施例中，所述电沉积处理的步骤包括：以所述钯基非晶合金为催化电极，以所述酸溶液为电解液，在对电极和参比电极条件下，装成三电极电解池，进行电解反应。在一个实施例中，所述对电极包括铂片和非晶合金中的一种或多种；和/或，所述参比电极为饱和甘汞；和/或所述电解反应的时间为1-20h。相应地，一种析氢催化材料，所述析氢催化材料由本专利技术上述析氢催化材料的制备方法制备得到。本专利技术将表面设有微纳结构的钯基非晶合金置于酸溶液中电沉积处理得到一种析氢催化材料，这样的制备方法可以在钯基非晶合金的微纳结构表面电沉积晶体层，形成蘑菇状晶体/非晶复合的析氢催化材料，该析氢催化材料微纳结构顶端为晶体、底端为非晶态或非晶晶体的均匀复合，使得制得的析氢催化材料有较高的电化学活性面积、优异的电化学析氢反应性能，同时超500小时的电催化稳定性，在高效电解水制氢方面有广阔的应用前景。本专利技术另一方面提供一种电解水析氢电极，所述电解水析氢电极含本专利技术上述析氢催化材料。本专利技术提供的电解水析氢电极含本专利技术上述特有的制备方法得到的析氢催化材料，因此该电解水析氢电极具有优异的电化学析氢反应性能，同时超500小时的电催化稳定性，在高效电解水制氢方面有广阔的应用前景。附图说明图1是本专利技术实施例的电解水析氢电极的XRD图谱；图2是本专利技术实施例1的电解水析氢电极的SEM图；图3是本专利技术实施例2的电解水析氢电极的SEM图；图4是本专利技术实施例3的电解水析氢电极的SEM图；图5是本专利技术实施例和对比例的纳电解水析氢电极的极化曲线与10％、20％Pt/催化剂对比图；图6是本专利技术实施例1的电解水析氢电极的稳定性曲线。具体实施方式为了使本专利技术要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一方面，本专利技术实施例提供了一种析氢催化材料的制备方法，该制备方法包括如下步骤：S01：提供钯基非晶合金，所述钯基非晶合金表面设置有微纳结构；S02：将所述钯基非晶合金置于酸溶液中，进行电沉积处理，得到所述析氢催化材料。本专利技术实施例将表面设有微纳结构的钯基非晶合金置于酸溶液中电沉积处理得到一种析氢催化材料，这样的制备方法可以在钯基非晶合金的微纳结构表面电沉积晶体层，形成蘑菇状晶体/非晶复合的析氢催化材料，该析氢催化材料微纳结构顶端为晶体、底端为非晶态或非晶晶体的均匀复合，使得制得的析氢催化材料有较高的电化学活性面积、优异的电化学析氢反应性能，同时超500小时的电催化稳定性，在高效电解水制氢方面有广阔的应用前景。在一个实施例中，所述钯基非晶合金表面设置的微纳结构由多个纳米柱组成，所述纳米柱的高度为200-50000nm，具体可以为：200nm、300nm、500nm、800nm、1000nm、2000nm、50000nm等；直径为10-500nm，具体可以为10nm、100nm、200nm、300nm、500nm等；次级结构尺寸为5-20nm。上述尺寸范围内的形成的微纳结构钯基非晶合金，电沉积后，纳米柱的催化层具有更高的活性面积，形成具有蘑菇状晶体/非晶复合纳米柱结构的析氢催化材料具有更好的催化效果。在一个实施例中，所述钯基非晶合金通过将钯基非晶合金原料热压复制阳极氧化铝微孔结构得到。筛选就有非晶形成能力大的钯基非晶合金原材料，尤其具有宽过冷液相区间；筛选合适的微纳结构模板，如多孔阳极氧化铝，将钯基非晶合金原料与模板清本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种析氢催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：/n提供钯基非晶合金，所述钯基非晶合金表面设置有微纳结构；/n将所述钯基非晶合金置于酸溶液中，进行电沉积处理，得到所述析氢催化材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种析氢催化材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供钯基非晶合金，所述钯基非晶合金表面设置有微纳结构；
将所述钯基非晶合金置于酸溶液中，进行电沉积处理，得到所述析氢催化材料。


2.如权利要求1所述的析氢催化材料的制备方法，其特征在于，所述钯基非晶合金表面设置的微纳结构由多个纳米柱组成，所述纳米柱的高度为200-50000nm，直径为10-500nm。


3.如权利要求1所述的析氢催化材料的制备方法，其特征在于，所述钯基非晶合金通过将钯基非晶合金原料热压复制阳极氧化铝微孔结构得到。


4.如权利要求3所述的析氢催化材料的制备方法，其特征在于，所述热压复制在所述钯基非晶合金原料的过冷液相区间进行；和/或，
所述热压复制的热压强度为50-500MPa。


5.如权利要求1所述的析氢催化材料的制备方法，其特征在于，所述钯基非晶合金的通式为Pda-xNibCucPdMx；其中，a+b+c+d＝100，30≤a≤45，5≤b≤15，20≤c≤35，15≤d≤25，0≤x≤10，M为Si、B...

【专利技术属性】
技术研发人员：马将，闫玉强，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：广东;44