一种多元合金电极材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种多元合金电极材料的制备方法，先将钼酸铵和柠檬酸溶解于水中，然后再向其中缓慢加入硫脲，充分搅拌后得到溶液体系，将该溶液体系置于水浴锅中进行水浴加热，加热过程中持续搅拌；当水浴中的溶液体系开始变浑浊时将称好的金属粉末倒入其中持续水浴加热并搅拌；当混合体系继续变为粘滞胶状物时将该胶状物取出并置于马弗炉中煅烧，得到前驱体粉末，将该前驱体粉末装入石墨模具中置入放电离子烧结炉进行烧结，最终得到多元合金电极材料。本发明专利技术步骤简单、原料成本低，过程可控，所得成品电极兼具稳定的催化活性和良好的导电性，一定程度上可以完成机械加工制成各种形状，并且有望实现规模化生产。并且有望实现规模化生产。并且有望实现规模化生产。

【技术实现步骤摘要】
一种多元合金电极材料的制备方法


[0001]本专利技术涉及催化材料的制备
，具体的说是一种多元合金电极材料的制备方法，属于粉末冶金法制备催化材料的一种技术应用。

技术介绍

[0002]随着石油资源的逐渐匮乏，环境污染的日益严重，人类越来越关注清洁可持续的新能源。其中，氢能被认为是有着广阔的前景。但遗憾的是，目前工业制氢仍以消耗煤、石油等化石燃料为主要方法，如焦炉煤气(氢气55
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60％、甲烷23
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27％、一氧化碳6
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8％等)属于制取焦炭的副产物；又如轻油与水在高温反应制氢。显然，这不是一条可持续的道路，有悖于从根本上减少化石能源消耗的初衷。而催化水分解制氢是一项古老又成熟的技术，具有独特的优势：1.工艺简单，操作方便，可实现自动化；2.制备出的氢气产品纯度很高；3.产物杂质主要是H2O和O2，对环境无任何危害。理论上，电压超过1.23V即可进行水的电解，但是实际电解时，由于氢和氧生成反应中过电位、电解液电阻及电子回路内阻的存在，使得水分解需要更高的电压。采用催化剂可以有效改善HER和OER缓慢的反应动力学，降低过电位，进而减少能耗，提高效率。但是目前高效催化剂主要是贵金属材料，严重制约了其大批量的工业应用，开发低成本的非贵金属催化剂具有重要意义。
[0003]国内外对非贵金属催化剂的研究的主要问题可总结为：1、导电性差。实验室制备的催化剂以粉末为主，缺少电的集流体，很难充分发挥材料的催化性能。且得到的性能仅为小尺度性能，但若应用于工程，其大规模催化效果将不能单纯基于小尺度进行量化计算；2、规模小。实验室制备的催化剂以小批量为主，工艺精细且复杂，优势物相如1T相受外界条件的干扰较小，然而工程化生产中其稳定性很难得到保证；3、机械强度差。尽管目前有对自支撑电极的研究，但是采用的载体为碳材料或柔性导电材料，机械强度很差，不利于操作和加工，更不适合应用于工程化生产。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种多元合金电极材料的制备方法，制备得的多元合金电极材料具有较高的催化活性、良好的导电性，同时有着一定的力学性能和可加工性，既可以作为催化剂，也可以作为集流体，尤其是可直接作为电极应用于催化水分解，具有广阔的规模化工业生产前景。
[0005]本专利技术提供的一种多元合金电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0006]步骤一、称取钼酸铵和柠檬酸，将两者溶解于蒸馏水中，搅拌均匀后再缓缓加入硫脲，充分搅拌至溶液澄清得到溶液体系；
[0007]步骤二、将步骤一的溶液体系置于水浴锅中进行水浴加热，加热的过程中持续搅拌；
[0008]步骤三、称取一定量的金属粉末，当步骤二水浴锅中的溶液体系开始变浑浊时，将金属粉末缓慢倒入溶液体系中，将所得混合体系继续水浴加热并持续搅拌；
[0009]步骤四、当步骤三所得混合体系变为粘滞胶状物后，将该粘滞胶状物取出并置于马弗炉中进行煅烧，煅烧后得到前驱体粉末；
[0010]步骤五、将步骤四得到的前驱体粉末装入石墨模具中，并将该石墨模具置入放电等离子烧结炉进行烧结处理，烧结后得到最终产物
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多元合金电极材料。
[0011]优选的，步骤一所得溶液体系中的钼酸铵浓度范围为0.1～0.5mol/L，柠檬酸浓度范围为4～12mol/L，硫脲浓度范围为1.5～7.5mol/L。
[0012]优选的，步骤二水浴加热的温度为90～100℃。
[0013]优选的，步骤三所述金属粉末为镍粉、钼粉、钨粉、钢粉中的两种或多种的定量混合，金属粉末的总质量与钼酸铵的质量之比为2～5：1。
[0014]优选的，步骤四马弗炉煅烧的温度为500～600℃，煅烧时间为4～8h。
[0015]优选的，步骤五放电等离子烧结炉的烧结温度为800℃～1800℃，升温速率为50～100℃/min。
[0016]进一步地，所得多元合金电极材料可以用于水分解制氢。
[0017]进一步地，本专利技术所得多元合金电极材料的催化相主体为二硫化钼，但其它具有催化性质的物质(如硫化钨、硫化镍、硫化钴等)通过本专利技术上述方法负载到金属基体上制得的电极材料均在本专利的保护范围内。
[0018]本专利技术的反应原理是：先将钼源和硫源在柠檬酸的作用下络合聚集，加热搅拌的过程中随着溶剂的散失慢慢析出溶质，此时加入金属粉末，可以为化学反应生成物提供形核位点，最终在金属粉末颗粒表面原位生成二硫化钼。通过柠檬酸成胶的作用，原位生成的二硫化钼可以牢牢地贴附在金属颗粒表面。煅烧过程中柠檬酸碳化后均匀掺杂在混合粉体中，为后续烧结产物的多孔性奠定了基础。烧结过程由于不同种类的金属热扩散系数不一样，极易形成多孔疏松的金属板材，而催化相二硫化钼就以均匀掺杂的形式存在于金属板材中。
[0019]本专利技术在制备过程中通过温度控制、时间控制、浓度控制以及煅烧工艺等，使得到的多元金属电极板呈现多孔疏松的微观结构，有利于提供更多催化剂附着的场所，可以大幅提高材料与电解液的接触面积，使得催化反应进行得更为充分。此外，水分解产物氢气和氧气很容易从材料的孔隙中逸出，进一步优化了材料的催化效率。
[0020]本专利技术的制备工艺采用溶胶凝胶法+粉末冶金的组合方法，相较于现有的熔炼法、固相球磨法来说，成本更低，操作更方便，适用性更强。制备得的多元合金电极材料具有较高的催化活性、良好的导电性，同时有着一定的力学性能和可加工性，既可以作为催化剂，也可以作为集流体，尤其是可直接作为电极应用于催化水分解，具有广阔的规模化工业生产前景。
附图说明
[0021]图1为实施例1所制备的多元合金电极材料的样品照片；
[0022]图2为实施例2所制备的多元合金电极材料的SEM电镜图；
[0023]图3为实施例2所制备的多元合金电极材料的SEM电镜图(放大一万倍)；
[0024]图4为实施例3所制备的多元合金电极材料的SEM电镜图；
[0025]图5为实施例3所制备的多元合金电极材料的电催化水分解的性能图。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和具体实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细的阐述和说明。
[0027]一种多元合金电极材料的制备方法，主要包括以下步骤：
[0028]步骤一、称取一定量的钼酸铵和柠檬酸，将两者倒入烧杯中并加水溶解，搅拌均匀后再往其中缓缓加入一定量的硫脲，充分搅拌至溶液澄清，得到溶液体系。
[0029]此处得到的溶液体系中钼酸铵的浓度范围为0.1～0.5mol/L，柠檬酸浓度范围为4～12mol/L，硫脲浓度范围为1.5～7.5mol/L。基于钼酸铵与硫脲的反应原理：(NH4)2Mo4O
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+15CS(NH2)2+9H2O＝4MoS2+(NH4)2SO4+6NH4SCN+18NH3+9CO2[0030]原料的用量及浓度需要严格控制，如果浓度及用量过少，则形成的催化相过少，不利于催化效果提高。反之，原料浓度过大本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多元合金电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、称取钼酸铵和柠檬酸，将两者溶解于蒸馏水中，搅拌均匀后再缓缓加入硫脲，充分搅拌至溶液澄清得到溶液体系；步骤二、将步骤一的溶液体系置于水浴锅中进行水浴加热，加热的过程中持续搅拌；步骤三、称取金属粉末，当步骤二水浴锅中的溶液体系开始变浑浊时，将金属粉末缓慢倒入溶液体系中，将所得混合体系继续水浴加热并持续搅拌；步骤四、当步骤三所得混合体系变为粘滞胶状物后，将粘滞胶状物取出并置于马弗炉中进行煅烧，煅烧后得到前驱体粉末；步骤五、将步骤四得到的前驱体粉末装入石墨模具中，并将该石墨模具置入放电等离子烧结炉进行烧结处理，烧结后得到最终产物
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多元合金电极材料。2.根据权利要求1所述的一种多元合金电极材料的制备方法，其特征在于：步骤一所得溶液体系中的钼酸铵浓度范围为0.1～0.5mol/L，柠檬酸浓度范围为4～12mol/L，硫脲浓度范围为1.5～7.5mol/L。3.根据权利要求1所述的一种多元合金电极材料的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏世忠，潘昆明，赵阳，夏梁彬，吴宏辉，徐流杰，张玢，于华，张程，陈冲，毛丰，周玉成，李秀青，熊美，王晓东，张桥保，王飞鸿，张晨阳，李雪荣，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：