一种高稳定性的碱性溶液析氢电催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种高稳定性的碱性溶液析氢电催化剂及其制备方法和应用。该制备方法包括：将铜盐、铁盐和碱源溶解于溶剂中，超声分散，得到溶液；向溶液中加入基底，在80

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性的碱性溶液析氢电催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种催化剂的制备方法，尤其涉及一种电解水制氢的催化剂的制备方法，属于电催化剂制备


技术介绍

[0002]随着能源危机以及化石燃料造成的环境污染问题的日益加剧，各种清洁能源和可再生能源的开发利用受到广泛关注。氢气作为二次能源以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点，被视为最为理想的能源载体。其中，由于电解水制氢具有产品纯度高、无污染、取材丰富等优点，被认为是现代清洁能源技术的重要组成部分。但是，电解过程中存在能耗较高、电解效率低的问题，限制了该项技术的进一步发展。因此，为了降低析氢反应(HER)和析氧反应(OER)的过电势，提高电解水制氢的能量转化效率，发展高效电催化剂成为水电解制氢技术的关键。众所周知，以铂、钌为代表的贵金属材料催化活性优异，但贵金属储量稀少、价格昂贵，直接制约了其在催化电解水制备氢气领域的广泛应用，所以研究开发基于高效稳定的非贵金属材料的电解水催化剂十分必要。
[0003]在非贵金属中，镍基材料是碱性电解水中最为典型的析氢电催化剂材料。并且通过引入外来原子或者另外的活性成分，对镍进行电子调节或协同催化作用，可以提高镍基材料的碱性HER催化活性和稳定性。例如通常采用表面涂层或结合金属氧化物(Cr2O3、VO
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)的方法可以提高镍基催化剂的活性和延长这些催化剂的寿命(～100h)。然而，在长期的反应过程中，这些金属氧化物活性位点仍然会随着氢原子和界面电荷的转移而被氢化和还原，从而导致催化剂的稳定性衰减。因此，制备廉价高效且具有高稳定性的碱性析氢电催化剂仍然是一大挑战。
[0004]鉴于此，在保证电催化剂高效性的前提下，我们选用丰富廉价的铜来修饰镍基催化剂，由于铜对氢原子有较弱的吸附能，因此利于氢原子在铜上的脱附形成氢气，从而避免了镍活性位点被氢化，实现了高稳定的催化剂制备。

技术实现思路

[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种具有高稳定性的电解水制氢的电催化剂及其制备方法。
[0006]为了实现上述任一目的，本专利技术首先提供了一种碱性溶液析氢电催化剂Cu/NiFe(OH)
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的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：
[0007]将铜盐、铁盐和碱源溶解于溶剂中，超声分散10
‑
35min，得到溶液；
[0008]向溶液中加入基底在80
‑
250℃水热条件下反应6
‑
24小时，自然冷却至室温；洗涤，干燥，得到Cu/NiFe(OH)
x
薄膜。
[0009]本专利技术的碱性溶液析氢电催化剂Cu/NiFe(OH)
x
的制备方法制备得到一种铜修饰的镍基碱性电解水析氢催化剂Cu/NiFe(OH)
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，通过简单的一步水热法制备得到。该方法工艺简单、流程短、适用于大规模工业化生产，具有比商业Pt/C和大多数已报道的催化剂更优
异的电化学稳定性，可用于制备碱性溶液析氢催化剂。
[0010]在本专利技术的一具体实施方式中，将基底分别在无机酸、有机溶剂、去离子水中超声清洗后备用。
[0011]在本专利技术的一具体实施方式中，铜盐、铁盐、碱源和溶剂的混合比例为0.05
‑
1.75mmol：0.02
‑
1.50mmol：8
‑
20mmol：30
‑
80mL。
[0012]在本专利技术的一具体实施方式中，每30
‑
80mL溶剂中加入1
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3片基底；优选基底的尺寸为2cm
×
2cm。
[0013]在本专利技术的一具体实施方式中，基底为镍片、镍箔、泡沫镍中的一种或几种的组合。采用的铜盐为硝酸铜、硫酸铜、氯化铜、碳酸铜、氰化铜、醋酸铜、脂肪酸铜、环烷酸铜和铜的配合物的一种或几种的组合。采用的铁盐为硝酸铁、硫酸铁、氯化铁、柠檬酸铁、醋酸铁和铁的配合物的一种或几种的组合。采用的碱源为尿素、氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化钡、氨水、三乙醇胺、乙醇胺、吗啉和乙二胺的一种或几种的组合。采用的溶剂为水、有机溶剂中的一种或几种的组合；其中，有机溶剂为乙醇、二甲基亚砜、1,4
‑
二氧六环、环己烷、乙腈、正己烷中的一种或几种的组合。
[0014]为了实现上述技术目的，本专利技术还提供了一种碱性溶液析氢电催化剂，其是通过本专利技术的碱性溶液析氢电催化剂Cu/NiFe(OH)
x
的制备方法制备得到的。
[0015]本专利技术又提供了一种电解水制氢的方法，该方法中以本专利技术的上述碱性溶液析氢电催化剂为催化剂。
[0016]本专利技术的碱性溶液析氢电催化剂Cu/NiFe(OH)
x
的制备方法，通过反应的基底、温度、时间的协同作用，制备出具有丰富活性位点、优良导电性、高稳定性的Cu/NiFe(OH)
x
电催化剂，其在碱性析氢反应中展现出优异的催化活性和稳定性。此外，本专利技术的制备方法简便易行，廉价高效，可控性高，重复性好，适合工业大规模生产。
附图说明
[0017]图1是本专利技术实施例1制备的Cu/NiFe(OH)
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电催化剂的扫描电镜图。
[0018]图2是本专利技术实施例1制备的Cu/NiFe(OH)
x
电催化剂的透射电镜图。
[0019]图3是本专利技术实施例1制备的Cu/NiFe(OH)
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电催化剂在三电极体系中的稳定性曲线(Pt/C和Ni(OH)
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做对比)。
[0020]图3内附图为Cu/NiFe(OH)
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电催化剂的长时间稳定性曲线(>200小时)。
[0021]图4是本专利技术实施例1制备的Cu/NiFe(OH)
x
电催化剂全解水稳定性曲线。
具体实施方式
[0022]实施例1
[0023]本实施例提供一种Cu/NiFe(OH)
x
复合电催化剂，其是通过以下步骤制备得到的；
[0024](a)将镍片分别在1M HCl，无水乙醇，去离子水中超声清洗30min，然后60℃干燥后备用；
[0025](b)称取原料五水硫酸铜(CuSO4·
5H2O)0.60mmol，九水合硝酸铁(Fe(NO3)3·
9H2O)0.40mmol溶于50mL去离子水中，再称取8mmol氨水加入混合溶液中，超声分散15分钟，制得浅绿色混合溶液。
[0026](c)将上述混合溶液倒入聚四氟乙烯水热反应釜中，加入(a)步骤所得清洗干净的泡沫镍，并将上述水热反应釜放入鼓风干燥箱中，100℃水热条件下反应6小时后，自然冷却反应釜至室温；
[0027](d)取出步骤(c)所得电催化剂，分别用去离子水和无水乙醇洗涤样品三次，在鼓风干燥箱中60℃干燥10本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碱性溶液析氢电催化剂Cu/NiFe(OH)
X
的制备方法，其中，该制备方法包括以下步骤：将铜盐、铁盐和碱源溶解于溶剂中，超声分散10
‑
35min，得到溶液；向溶液中加入基底，在80
‑
250℃下反应6
‑
24小时，自然冷却至室温；洗涤，干燥，得到Cu/NiFe(OH)
x
薄膜。2.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述铜盐、铁盐、碱源和溶剂的混合比例为0.05
‑
1.75mmol：0.02
‑
1.50mmol：8
‑
20mmol：30
‑
80mL。3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，每30
‑
80mL溶剂中加入1
‑
3片基底；优化地，所述基底的尺寸为2cm
×
2cm。4.根据权利要求1所述的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚光明，乔玮，苏韧，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：