一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极、制备方法及其应用，属于电催化分解水催化剂领域，该复合析氢析氧电极包括在镍网基底上原位均匀生长的氢氧化镍多孔纳米片，或，所述氢氧化镍纳米片上均匀覆盖有铁钴合金纳米颗粒，形成铁钴合金颗粒/氢氧化镍/镍网复合电极。其在80摄氏度，3摩尔/升NaOH电解液中的初始过电位为1.471伏，优于在工业电解水制氢上广泛采用的雷尼镍/镍网电极。该复合析氢析氧电极稳定性也明显优于工业用雷尼镍/镍网电极，同时制备过程简单、成本低、且易于实现工业化量产，可为电解水制氢产业化发展提供一种新思路。

【技术实现步骤摘要】
一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极、制备方法及其应用
本专利技术涉及电催化分解水催化剂领域，特别是涉及一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极、制备方法及其应用。
技术介绍
现如今随着化石能源的过度使用，环境恶化问题日益加重且化石燃料储量减少，因此，核能、风能、太阳能和氢能等新能源和可再生能源的开发利用受到了世界各国的高度重视。其中，氢能因其燃烧性能好、耗损少、无毒、无污染等优点受到世界各国科学家的广泛重视。在氢气制备技术中，电解水制氢以其原理简单、产物纯度高、清洁无污染等优点，成为发展最快、最为成熟的大规模制氢手段之一。电解水制氢的核心反应为两个空间独立的半反应：阴极的析氢反应和阳极的析氧反应。为了使电解水制氢经济和实用，需要最大限度地降低电解能量的消耗，解决该难题的有效办法是降低析氢反应和析氧反应过电位。因此，研究和设计具有低过电位的催化剂电极对于电解水制氢工业意义重大。电解水制氢的催化剂研究最初以贵金属铂、铱和钌等为主，但是这类催化剂储量稀少和价格昂贵，难以实现规模化应用。当前，工业电解水制氢中广泛使用的电极是雷尼镍/镍网电极，价格便宜，但是其分解水性能还有很大的提升空间。在众多电解水催化电极材料中，非贵金属氧化物/氢氧化物，因其较低的成本、可调的电子结构，在催化活性、耐久性方面正趋近甚至超越贵金属等商业电极材料，颇具应用潜力。因此，研制低成本、高电催化活性和稳定性的非贵金属催化剂成为了非常重要和热门的研究领域。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极、制备方法及其应用，以解决上述现有技术存在的问题。本专利技术通过简单、经济、易于实现工业化的制备条件或方法，制备出高效、高稳定性且价格低廉的电解水电极，降低电解水析氢和析氧过电位，提高电解水的效率，促进电解水制氢的产业化发展。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极，包括在镍网基底上原位均匀生长的氢氧化镍纳米片。本专利技术还提供另一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极，所述氢氧化镍纳米片上均匀覆盖有铁钴合金纳米颗粒，形成铁钴合金颗粒/氢氧化镍/镍网复合电极。进一步地，所述氢氧化镍纳米片的长度约为300纳米；所述铁钴合金纳米颗粒的直径约为50纳米。本专利技术还提供一种上述的氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将NaCl溶于去离子水中，搅拌10-15分钟，得到NaCl溶液；将镍网放入所述NaCl溶液中，水浴，取出，干燥，得到氢氧化镍/镍网电极。本专利技术还提供上述的氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、将NaCl溶于去离子水中，搅拌10-15分钟，得到NaCl溶液；将镍网放入所述NaCl溶液中，水浴，取出，干燥，得到氢氧化镍/镍网电极；步骤二、将六水硝酸钴、七水硫酸亚铁和柠檬酸钠的混合物溶于去离子水中，搅拌25-35分钟，得到混合溶液；将所述的氢氧化镍/镍网电极放入所述混合溶液中，水浴，得到氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极。进一步地，所述NaCl溶液的浓度为0.5摩尔/升。进一步地，步骤一中，所述水浴的温度为90摄氏度，时间为8小时；所述镍网使用前分别用5％HCl、无水乙醇和去离子水一次超声清洗15-30分钟；将所述氢氧化镍/镍网电极在真空条件下80摄氏度干燥30分钟后，得到所述氢氧化镍/镍网电极。进一步地，步骤二中，所述六水硝酸钴、七水硫酸亚铁和柠檬酸钠在所述混合溶液中的浓度分别为0.1摩尔/升、0.1摩尔/升和37毫摩尔/升。进一步地，步骤二中，所述水浴的温度为90摄氏度，时间为2小时。本专利技术还提供一种上述的氢氧化镍/镍网复合电极或上述的氢氧化镍/镍网复合电极的制备方法制备得到氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极在电解水制氢中的应用。进一步地，所述氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极可用于制作电解水制氢的电极或催化剂。本专利技术公开了以下技术效果：(1)本专利技术所述氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极采用镍网为基底，原位生长的氢氧化镍与镍网接触良好，稳定性好，制备工艺简单，制备过程中能耗低，便于工业化生产。(2)原位生长的氢氧化镍还可以增强与铁钴合金颗粒的结合能力，氢氧化镍和铁钴合金在碱性条件下稳定性好。Ni、Fe和Co等非贵金属元素储量丰富，价格低廉。(3)本专利技术所制备的铁钴合金颗粒/氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极为多孔结构，具有较大的电化学活性面积，极大的提高了催化活性。可广泛作为碱性电解水电极材料，具有广阔的应用前景。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显然，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。1.图1为本专利技术实施例1所制备的氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极与对比例1的雷尼镍/镍网电极的表面形貌扫描电镜图，其中，(a)为雷尼镍/镍网电极；(b)为氢氧化镍/镍网电极，(c)为铁钴合金颗粒/氢氧化镍/镍网电极。2.图2为本专利技术实施例1和2和对比例1的电极的电流密度-电位曲线图。3.图3为本专利技术实施例2的电极在1.78伏外加电压下的电流-时间曲线图。4.图4为本专利技术实施例1所制备的氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极与对比例1的雷尼镍/镍网电极在超声1小时后的表面形貌扫描电镜图，其中，(a)为雷尼镍/镍网电极，(b)为氢氧化镍/镍网电极，(c)为铁钴合金颗粒/氢氧化镍/镍网电极。5.图5为本专利技术实施例1和2和对比例1的电极超声1小时后的电流密度-电位曲线图。具体实施方式现详细说明本专利技术的多种示例性实施方式，该详细说明不应认为是对本专利技术的限制，而应理解为是对本专利技术的某些方面、特性和实施方案的更详细的描述。应理解本专利技术中所述的术语仅仅是为描述特别的实施方式，并非用于限制本专利技术。另外，对于本专利技术中的数值范围，应理解为还具体公开了该范围的上限和下限之间的每个中间值。在任何陈述值或陈述范围内的中间值以及任何其他陈述值或在所述范围内的中间值之间的每个较小的范围也包括在本专利技术内。这些较小范围的上限和下限可独立地包括或排除在范围内。除非另有说明，否则本文使用的所有技术和科学术语具有本专利技术所述领域的常规技术人员通常理解的相同含义。虽然本专利技术仅描述了优选的方法和材料，但是在本专利技术的实施或测试中也可以使用与本文所述相似或等同的任何方法和材料。本说明书中提到的所有文献通过引用并入，用以公开和描述与所述文献相关的方法和/或材料。在与任何并入的文献冲突时，以本说明书的内容为准。在不背离本专利技术的范围或精神的情况下，可对本专利技术说明书的具体实施方式做多种改进和变化，这对本领域技术人员而言是显而易见的。由本专利技术的说明书得到的其他实施方式对技术人员而言是显而易见得的。本申请说明书和实施例仅是示例性的。实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极，其特征在于，包括在镍网基底上均匀生长的氢氧化镍纳米片。/n

【技术特征摘要】
1.一种氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极，其特征在于，包括在镍网基底上均匀生长的氢氧化镍纳米片。


2.一种如权利要求1所述的氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极，其特征在于，所述氢氧化镍纳米片上均匀覆盖有铁钴合金纳米颗粒，形成铁钴合金颗粒/氢氧化镍/镍网复合电极。


3.根据权利要求2所述的氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极，其特征在于，所述氢氧化镍纳米片的长度为300纳米；所述铁钴合金纳米颗粒的直径为50纳米。


4.一种如权利要求1所述的氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将NaCl溶于去离子水中，搅拌10-15分钟，得到NaCl溶液；将镍网放入所述NaCl溶液中，水浴，取出，干燥，得到氢氧化镍/镍网电极。


5.一种如权利要求2或3所述的氢氧化镍/镍网复合析氢析氧电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、将NaCl溶于去离子水中，搅拌10-15分钟，得到NaCl溶液；将镍网放入所述NaCl溶液中，水浴，取出，干燥，得到氢氧化镍/镍网电极；
步骤二、将六水硝酸钴、七水硫酸亚铁和柠檬酸钠的混合物溶于去离子水中，搅拌25-35分钟，得到混合溶液；将所述的氢氧化镍/镍网电...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈明荣，范荣磊，陆垚，徐子豪，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32