金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法及电解水制氢应用技术

本发明专利技术公开了一种金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法及电解水制氢应用，制备方法包括：(Ⅰ)对金属基底进行表面清洁；(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)清洁后的金属基底置于水蒸气与氧气混合气中反应一段时间，即在金属基底表面原位生成该金属的氢氧化物或氧化物等步骤。本发明专利技术提供了一种金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法，方法具有合成条件温和，实施步骤简单，不使用金属盐和碱源，没有废液和废固排放等优点；所制备的氢氧化物或氧化物可用于电解水制氢耦合有机物氧化反应等多种清洁能源转化与存储领域。本发明专利技术方法可显著降低制备氢氧化物和氧化物工艺的复杂程度，制备的氢氧化物或氧化物具有高的电催化活性。化物具有高的电催化活性。化物具有高的电催化活性。

In situ growth of hydroxide or oxide on metal substrate and its application in hydrogen production by electrolysis of water

【技术实现步骤摘要】
金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法及电解水制氢应用


[0001]本专利技术属于无机材料合成
，具体涉及一种在金属基底上原位生长氢氧化物或氧化物的方法及电解水制氢应用。

技术介绍

[0002]氢气是一种清洁能源的存储介质和一种常用的化工原料，目前的主流制氢工艺涉及化石燃料的使用，这种传统工艺的碳排放较高，并且氢气中含有容易使催化剂中毒的杂质，如一氧化碳等。电解水制氢是一种绿色的获得高纯氢的方法，但是因为该方法目前的能量转换效率较低而没有得到广泛的应用。电解水制氢的能量损失主要来自于阳极反应，因此需要使用高效的催化剂来降低阳极氧气析出反应的超电势，或者将阳极的氧气析出反应替换为电势更低的有机物氧化反应，即可以有效提高单位电能的氢气产率。
[0003]过渡金属的氢氧化物和氧化物是一类高活性的氧气析出反应和有机物氧化反应的催化剂，并且其较低的成本使其在电解水制氢中得到广泛应用。传统的氢氧化物和氧化物合成方法主要有共沉淀法，水热法和电合成法。这些方法需要使用金属盐和碱作为原料，在合成之后会产生含有重金属和硝酸根的废液，有的方法还涉及高温高压过程，并且合成时间较长。有的方法不能使催化剂牢固的连接到导电基底上，使催化剂在使用过程中发生脱落。这些缺点抬高了这些方法的成本，并且可能会对环境产生危害。目前仍然欠缺一种可以同时满足制备方法简单，合成条件温和，对环境无污染，成本低廉、与基底附着牢固等特点的在导电基底上合成金属氢氧化物和氧化物催化剂的方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了解决现有氢氧化物或氧化物制备方法中存在的原料成本高、合成时间长、合成温度及压力高、步骤复杂、产生废水等问题而提出的，其目的是提供一种金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法及电解水制氢应用。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]一种金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法，包括以下步骤：
[0007](Ⅰ)对金属基底进行表面清洁；
[0008](Ⅱ)将步骤(Ⅰ)清洁后的金属基底置于水蒸气与氧气的混合气中反应一段时间，即在金属基底表面原位生成该金属的氢氧化物或氧化物。
[0009]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅰ)对金属基底进行表面清洁的具体步骤为：首先使用有机溶剂对金属基底进行冲洗或超声洗涤，随后用水将金属基底表面的有机溶剂冲洗干净；再用高浓度的酸溶液浸泡一段时间，之后再将金属基底置于低浓度的酸溶液中保存，在取出使用前要用水将金属基底的酸溶液冲洗干净。
[0010]在上述技术方案中，所述有机溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇或乙酸乙酯中的任意一种或几种；所述酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、高氯酸、草酸或柠檬酸中的任意一种
或几种；所述高浓度的酸溶液的浓度为0.5mol
·
L
‑1～5mol
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L
‑1，所述低浓度的酸溶液的浓度为0.05mol
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L
‑1～0.5mol
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L
‑1；所述高浓度的酸溶液浸泡时间为1min～1h。
[0011]在上述技术方案中，所述金属基底的金属为Be、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Te、Ta、W、Pb或Bi的任意一种或几种组成的合金。
[0012]在上述技术方案中，所述金属基底的形态为平整基底、网状基底、泡沫状基底或棒状基底中的任意一种。
[0013]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅱ)中水蒸气与氧气的混合气的温度为10℃～800℃。
[0014]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅱ)中水蒸气与氧气的混合气中水蒸气的分压为1kPa～MkPa，M为相应温度下水的饱和蒸汽压。
[0015]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅱ)中水蒸气与氧气的混合气中氧气的分压为1kPa～100kPa。
[0016]在上述技术方案中，所述步骤(Ⅱ)的反应时间为1min～48h。
[0017]一种金属基底原位生长氢氧化物或氧化物在电解水制氢中的应用。
[0018]本专利技术的有益效果是：
[0019]本专利技术提供了一种金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法，方法具有合成条件温和，实施步骤简单，不使用金属盐和碱源，没有废液和废固排放等优点；所制备的氢氧化物或氧化物可用于电解水制氢耦合有机物氧化反应等多种清洁能源转化与存储领域。本专利技术方法可显著降低制备氢氧化物和氧化物工艺的复杂程度，制备的氢氧化物或氧化物具有高的电催化活性。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1中在泡沫镍表面生长的α
‑
氢氧化镍的扫描电镜照片。
[0021]图2是本专利技术实施例1中在泡沫镍表面生长的α
‑
氢氧化镍的5
‑
羟甲基糠醛氧化性能测试。
[0022]图3是本专利技术实施例2中在泡沫镍表面生长的大尺寸α
‑
氢氧化镍的扫描电镜照片。
[0023]图4是本专利技术实施例2中在泡沫镍表面生长的大尺寸α
‑
氢氧化镍的析氧反应性能测试。
[0024]图5是本专利技术实施例3中在泡沫镍表面生长的氧化镍的X
‑
射线衍射图。
[0025]图6是本专利技术实施例4中在泡沫铜表面生长的氧化亚铜的扫描电镜照片。
[0026]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，可以根据以上附图获得其他的相关附图。
具体实施方式
[0027]为了使本
的人员更好地理解本专利技术技术方案，下面结合说明书附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。
[0028]一种金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法，包括以下步骤：
[0029](Ⅰ)对金属基底进行表面清洁；
[0030]首先使用有机溶剂对金属基底进行冲洗或超声洗涤；
[0031]随后用水将金属基底表面的有机溶剂冲洗干净；
[0032]再用浓度为0.5mol
·
L
‑1～5mol
·
L
‑1的酸溶液浸泡1min～1h；
[0033]浸泡之后再将金属基底置于浓度为0.05mol
·
L
‑1～0.5mol
·
L
‑1的酸溶液中保存；
[0034]在取出使用前要用水将金属基底的酸溶液冲洗干净。
[0035]所述有机溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇或乙酸乙酯中的任意一种或几种；所述酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、高氯酸、草酸或柠檬酸中的任意一种或几种。
[0036]所述金属基底的金属为Be、Mg、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ge、Nb、Mo、Ag、In、Sn、Sb、Te、Ta、W、Pb或Bi的任意一种或几种组成的合金。
[0037]所述金属基底的形态为平整基底、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法，其特征在于：包括以下步骤：(Ⅰ)对金属基底进行表面清洁；(Ⅱ)将步骤(Ⅰ)清洁后的金属基底置于水蒸气与氧气的混合气中反应一段时间，即在金属基底表面原位生成该金属的氢氧化物或氧化物。2.根据权利要求1所述的金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法，其特征在于：所述步骤(Ⅰ)对金属基底进行表面清洁的具体步骤为：首先使用有机溶剂对金属基底进行冲洗或超声洗涤，随后用水将金属基底表面的有机溶剂冲洗干净；再用高浓度的酸溶液浸泡一段时间，之后再将金属基底置于低浓度的酸溶液中保存，在取出使用前要用水将金属基底的酸溶液冲洗干净。3.根据权利要求2所述的金属基底原位生长氢氧化物或氧化物的方法，其特征在于：所述有机溶剂为乙醇、丙酮、异丙醇或乙酸乙酯中的任意一种或几种；所述酸溶液为硫酸、盐酸、硝酸、磷酸、氢氟酸、高氯酸、草酸或柠檬酸中的任意一种或几种；所述高浓度的酸溶液的浓度为0.5mol
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‑1～5mol
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L
‑1，所述低浓度的酸溶液的浓度为0.05mol
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L
‑1～0.5mol
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‑1；所述高浓度的酸溶液浸泡时间为1min～1h。4.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵明飞，张蕴齐，李洋，谢文富，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：