一种自支撑型Al制造技术

本发明专利技术公开了一种自支撑型Al

A self-supporting al

【技术实现步骤摘要】
一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极及其制备方法
本专利技术属于电解水制氢
，更具体地说，涉及一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极及其制备方法。
技术介绍
能源是当今世界和社会经济发展的重要基石。随着传统化石能源的日渐枯竭和环境污染的不断加剧，开发和利用清洁可再生能源已成为世界各国解决能源危机的必然选择。氢气具有能量密度高、反应产物无污染的特点，是最为理想的能源载体和化石能源的替代物。以甲烷蒸气重整为代表的化石燃料制氢是目前工业上最经济的制氢方法，但该方法仍然依赖于化石燃料，并且产生大量的二氧化碳气体，未从根本上解决能源危机和由此带来的环境问题。由于电解水制氢使用的原料是水，而水是一种地球含量丰富且可再生的资源，被认为是最清洁的产氢方式，并且制得的氢气纯度较高。目前工业上电解水制氢采用的电极主要是RanyNi、低碳钢等材料，这些电极存在着较高的析氢过电位，从而造成较高的电能损耗，严重限制了电解水制氢的大规模工业应用。Pt等贵金属材料电催化析氢活性高，是最佳的析氢催化剂，但其在地壳中含量少、价格昂贵，难以规模化推广应用。因此，研究开发高效析氢催化电极是发展电解水制氢技术的关键。在非贵金属电极材料中，Ni基材料展现出了较高的析氢催化活性。目前，Ni基催化材料常采用溶液水热合成法和高温固相还原法制得，其形态多为粉体，需在溶剂中充分分散后，再利用Nafion溶液和聚偏氟乙烯有机溶液等粘结剂将其固定在集流体上制成阴极。这种电极在使用过程中存在着以下不足：(1)催化剂负载量有限，且粘结剂会降低电极材料的电子传输能力，同时还存在粘结剂会包覆催化剂的部分活性点位，降低了其催化性能；(2)电解过程中活性催化材料易从电极表面脱落，致使析氢催化电极稳定性差；(3)电极制备过程繁琐，制作成本高。经检索，关于提高催化剂负载量，避免或减少粘结剂的使用，得到电极催化活性及稳定性均相对较高的析氢电极的制备方法已有相关专利文献公开。如，中国专利申请号为：201910824643.0，申请日为：2019年9月2日，专利技术创造名称为：镍磷/磷化镍-碳布三维自支撑析氢电极材料的制备方法。该申请案中所述的制备方法为，先在酸浸渍改性处理的碳布上水热反应生长氢氧化镍，之后对氢氧化镍进行磷化处理得到磷化镍-碳布三维自支撑材料，然后在磷化镍-碳布上电沉积镍磷合金，继而制备了不需额外粘结、电催化析氢性能优异的镍磷/磷化镍-碳布三维自支撑型电极材料。该申请案所制电极材料，在一定程度上能够提高所制电极的催化活性及稳定性，但其制备工艺相对较为复杂，耗时较长。
技术实现思路
1.要解决的问题本专利技术的目的在于克服现有电解水析氢电极制备技术存在的上述不足，提供了一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极及其制备方法。通过采用熔盐电解法获得在镍电极表面生长出晶粒细小化学组成均匀、与镍基体结合紧密的Al3Ni2合金镀层，从而获得具有良好催化活性的Al3Ni2/Ni析氢电极。同时，本专利技术的制备方法，主要制备过程仅包括熔盐电解这一工序，工艺简单，成本较低，易于工业大规模推广应用。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，包括以下步骤：(1)镍基体的预处理；(2)镍基体表面熔盐电解沉积Al3Ni2镀层，得到Al3Ni2/Ni催化析氢电极。更进一步的，步骤(2)中，Al3Ni2镀层的制备方法为：在含有AlCl3的氯化物熔盐中进行恒电位电解，其中，以步骤(1)中得到的镍基体为工作电极、光谱纯石墨为辅助电极、Ag/AgCl为参比电极；电解结束后，取出电极、冷却，并清洗残留熔盐、风干得到Al3Ni2/Ni催化析氢电极。更进一步的，进行电解时，电解过程在高纯氩保护性气氛中进行，并控制电解温度为500～800℃；电解电位相对于Ag+/Ag控制为-0.6～-1.4V；电解时间为4～9h。更进一步的，采用的氯化物熔盐中，AlCl3的摩尔含量为1％～10％。更进一步的，所述氯化物熔盐为采用氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙中的一种或两种组合，使用前先将氯化物熔盐在250～300℃下真空干燥箱40～48h；AlCl3为不带结晶水的无水AlCl3。更进一步的，步骤(1)中，所述镍基体采用镍丝、镍片、镍网或泡沫镍，镍的含量控制在99.9％以上，使用前对镍基体表面的油脂、氧化层进行去除，清洗、风干，干燥备用。更进一步的，步骤(1)中，对镍基体进行预处理时，当镍基体为镍丝或镍片时，首先依次采用30目、60目和300目砂纸进行机械打磨，使其表面呈金属光泽后采用去离子水冲洗干净；然后分别在碱液中超声清洗25～35min，在无水乙醇中超声清洗15～25min，去除镍基体表面的油脂；最后再用去离子水冲洗，自然风干后保存于真空干燥箱中备用。更进一步的，清洗时，碱液采用氢氧化钠和碳酸钠的混合溶液。更进一步的，步骤(1)中，对镍基体进行预处理时，当镍基体为镍网或泡沫镍时，首先在丙酮中超声浸泡35～45min进行除油处理；然后在3～5mol/L的盐酸超声清洗10～20min，除去其表面的氧化层；最后依次用无水乙醇和去离子水反复冲洗数次直至pH为中性，自然风干后保存于真空干燥箱中备用。本专利技术的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极，采用上述的制备方法制备而成，其包括镍基体及镀于镍基体表面的Al3Ni2催化层。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，通过对整体的制备工艺进行优化，尤其是通过熔盐电解可以镍表面直接生长出Al3Ni2催化镀层，得到自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极，不需要使用粘结剂，大大提高了电极的导电性，降低了电解水析氢反应过程的传荷电阻，且其稳定性较高。(2)本专利技术的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，通过对电解的工艺参数进行优化，进一步提高镀层与镍基体间的结合强度，有效防止了催化层在析氢反应过程中的脱落现象，极大地提高了所得电极的稳定性。(3)本专利技术的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，一方面采用廉价的镍和无水AlCl3作为制备Al3Ni2/Ni催化析氢电极的原料，有利于降低电极的制作成本，提高经济效益。另一方面，本专利技术的电极，其主要的制备过程中仅包括熔盐电解这一步工序，工艺简单，成本较低，易于工业大规模推广应用。(4)本专利技术的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极，包括镍基通过熔盐电解得到的Al3Ni2镀层，具有三维纳米/微米结构，与镍基体结合良好，在使用过程中不易脱落，同时，制备得到的Al3Ni2/Ni催化析氢电极，其比表面积大、催化活性点位多、催化析氢性能优异，工程应用前景良好。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的自支撑型电极表面Al3Ni2催化层的X-射线衍射图谱；图2为本专利技术实施例1制备的自支撑型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自支撑型Al

【技术特征摘要】
1.一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)镍基体的预处理；
(2)镍基体表面熔盐电解沉积Al3Ni2镀层，得到Al3Ni2/Ni催化析氢电极。


2.根据权利要求1所述的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，其特征在于，步骤(2)中，Al3Ni2镀层的制备方法为：在含有AlCl3的氯化物熔盐中进行恒电位电解，其中，以步骤(1)中得到的镍基体为工作电极、光谱纯石墨为辅助电极、Ag/AgCl为参比电极；电解结束后，取出电极、冷却，并清洗残留熔盐、风干得到Al3Ni2/Ni催化析氢电极。


3.根据权利要求2所述的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，其特征在于：进行电解时，电解过程在高纯氩保护性气氛中进行，并控制电解温度为500～800℃；电解电位相对于Ag+/Ag控制为-0.6～-1.4V；电解时间为4～9h。


4.根据权利要求3所述的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，其特征在于：采用的氯化物熔盐中，AlCl3的摩尔含量为1％～10％。


5.根据权利要求4所述的一种自支撑型Al3Ni2/Ni催化析氢电极制备方法，其特征在于：所述氯化物熔盐为采用氯化锂、氯化钠、氯化钾、氯化镁、氯化钙中的一种或两种组合，使用前先将氯化物熔盐在250～300℃下真空干燥箱40～48h；AlCl3为不带结晶水的无水AlCl3。


6.根据权利要求1-5中任一项所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：华中胜，吴孝彬，程思维，刘欢，何世伟，田勇攀，查梦，赵卓，
申请(专利权)人：安徽工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34