一种高效率产氢的多孔合金电极材料及其制备方法技术

一种高效率产氢的多孔合金电极材料及其制备方法，涉及电极材料领域；包括多孔合金和沉积在所述多孔合金表面的石墨烯膜，所述石墨烯膜内设有多个纳米孔。本发明专利技术的一种高效率产氢的多孔合金电极材料，采用高比表面积多孔合金，并通过设有多个纳米孔的石墨烯膜进行包覆，一方面保证金属材料和氢离子之间直接接触的最小化学反应位点，另一方面，避免金属材料和氢离子的接触超过必要的程度而引起腐蚀。本发明专利技术能有效控制氢生成的化学反应的电极接触面积，提高产氢效率，提高耐久性。提高耐久性。

【技术实现步骤摘要】
一种高效率产氢的多孔合金电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于电极材料领域，具体涉及一种高效率产氢的多孔合金电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]氢气作为下一代不排放废气的能源而备受关注。目前，氢气主要通过石油精炼的二次生产工艺生产，以及通过使用化石燃料和蒸汽在高温下反应生产氢气。然而，在该制造方法中，都存在消耗大量化石燃料和其他现有能量的问题。为了使氢成为真正清洁的能源，期望建立一种新型的制氢方法，可以通过使用非源自化工石油的作为可再生能源能量的水电解来有效地制造。
[0003]固体聚合物电解质膜（PEM）水电解，在氢生产过程中具有良好的纯度和能量转换效率。在该方法中，常用的电极如稀有铂等贵金属的电极不仅有良好的性能，而且在强酸性电解质溶液的情况下也具有良好的耐久性（耐腐蚀）。为了克服在制造铂电极时造假昂贵的技术问题，有必要开发一种使用碳金属复合材料代替昂贵的铂的高效氢生成电极。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种高效率产氢的多孔合金电极材料，其能用于高效率产氢，具有优秀的耐酸腐蚀性能，成本低。
[0005]本专利技术的目的之二在于提供一种高效率产氢的多孔合金电极材料的制备方法，可以连续地制造镍金属多孔并在一步中沉积带有孔的石墨烯，生产成本低，生产效率高，适合大规模的生产制备。
[0006]本专利技术的目的之一采用如下技术方案实现：一种高效率产氢的多孔合金电极材料，包括多孔合金和沉积在所述多孔合金表面的石墨烯膜，所述石墨烯膜内设有多个纳米孔。
[0007]进一步地，所述多孔合金为具有多孔结构的镍基双金属合金。
[0008]进一步地，所述镍基双金属合金为镍钼合金，镍钴合金，镍锌合金，镍锰合金的一种或两种以上。
[0009]进一步地，所述多孔合金的比表面积为1
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10m2/g，孔半径为500
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1000nm。
[0010]进一步地，所述纳米孔的孔径为10
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50nm。
[0011]本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：一种高效率产氢的多孔合金电极材料的制备方法，包括以下步骤：1）通过超临界水热合成法合成沉积有SiO2纳米粒子的金属复合材料；2）将所述金属复合材料进行还原处理，同时使用化学气相沉积法（CVD）在所述金属复合材料上沉积石墨烯，形成石墨烯膜，得到包膜多孔合金复合材料；3）移除所述包膜多孔合金复合材料的SiO2纳米粒子，使石墨烯膜中形成多个纳米孔，得到多孔合金电极材料。
[0012]进一步地，步骤1）中，具体为：将含有镍、钼元素的无机盐溶液、尿素和SiO2纳米粒子混合均匀进行水热反应，待反应结束后，收集沉淀物并水洗，烘干，得到沉积有SiO2纳米粒子的金属复合材料。
[0013]进一步地，所述镍和钼的摩尔比为1:1.5
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2.5，所述无机盐溶液的浓度为10
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80mmol/L，所述尿素与无机盐的摩尔比为20
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50:1，所述SiO2纳米粒子质量为无机盐的质量的8
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15%，所述SiO2纳米粒子的粒径为10
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50nm，所述水热反应的温度为100
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140℃，水热反应的时间为3
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6h。
[0014]进一步地，步骤2）中，具体为：将所述金属复合材料置于管式炉中，通入流量比为0.5
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2:0.3
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1:8
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12的碳源气体、氢气和氩气，300
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450℃下加热反应2
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4h，所述碳源气体为甲烷、乙烷和乙炔中的至少一种。
[0015]进一步地，步骤3）中，具体为：将所述包膜多孔合金复合材料置于10
‑
20wt％的氢氟酸溶液中浸泡10
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20min，水洗并烘干，得到多孔合金电极材料。
[0016]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：本专利技术的一种高效率产氢的多孔合金电极材料，采用高比表面积多孔合金，并通过设有多个纳米孔的石墨烯膜进行包覆，一方面保证金属材料和氢离子之间直接接触的最小化学反应位点，另一方面，避免金属材料和氢离子的接触超过必要的程度而引起腐蚀。本专利技术能有效控制氢生成的化学反应的电极接触面积，提高产氢效率，提高耐久性。
[0017]本专利技术的一种高效率产氢的多孔合金电极材料的制备方法，通过超临界水热合成法合成沉积有SiO2纳米粒子的金属复合材料，然后进行还原处理，同时使用化学气相沉积法在所述金属复合材料上沉积形成石墨烯膜，实现多孔合金电极材料的连续制造。SiO2纳米粒子是抑制石墨烯生长的物质，并且在多孔合金材料的形成期间在表面上偏析。由于石墨烯不能在偏析有SiO2纳米粒子的地方中生长，使SiO2纳米粒子嵌入在石墨烯膜中。因此当SiO2纳米粒子被移除时，形成纳米尺寸的孔。同时可通过调节SiO2纳米粒子的含量、纳米尺寸来调节孔的尺寸。所述制备方法的生产成本低，生产效率高，适合大规模的生产制备。
具体实施方式
[0018]下面，结合具体实施方式，对本专利技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0019]一种高效率产氢的多孔合金电极材料，包括多孔合金和沉积在所述多孔合金表面的石墨烯膜，所述石墨烯膜内设有多个纳米孔。
[0020]进一步地，所述多孔合金为具有多孔结构的镍基双金属合金。
[0021]进一步地，所述镍基双金属合金为镍钼合金，镍钴合金，镍锌合金，镍锰合金的一种或两种以上。
[0022]进一步地，所述多孔合金的比表面积为1
‑
10m2/g，孔半径为500
‑
1000nm。
[0023]进一步地，所述纳米孔的孔径为10
‑
50nm。孔径优选为20nm。
[0024]在强酸性条件下的氢生成被认为是通过向吸附在基底金属表面上的氢离子提供电子来生成氢分子的过程，并且需要基底金属与氢离子直接接触的反应场。但是，如果反应部位的面积过大，则金属的腐蚀变强，迅速溶解。在现有的技术中，采用了用石墨烯完全覆盖基础金属表面的技术，但是在这种情况下，存在由于基础金属和氢离子不接触而显着降
低氢生成能力的缺点。
[0025]因此，本专利技术的一种高效率产氢的多孔合金电极材料，采用高比表面积多孔合金，并通过设有多个纳米孔的石墨烯膜进行包覆，一方面保证金属材料和氢离子之间直接接触的最小化学反应位点，另一方面，避免金属材料和氢离子的接触超过必要的程度而引起腐蚀。本专利技术能有效控制氢生成的化学反应的电极接触面积，提高产氢效率，提高耐久性。
[0026]一种高效率产氢的多孔合金电极材料的制备方法，包括以下步骤：1）通过超临界水热合成法合成沉积有SiO2纳米粒子的金属复合材料；2）将所述金属复合材料进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高效率产氢的多孔合金电极材料，其特征在于，包括多孔合金和沉积在所述多孔合金表面的石墨烯膜，所述石墨烯膜内设有多个纳米孔。2.如权利要求1所述的高效率产氢的多孔合金电极材料，其特征在于：所述多孔合金为具有多孔结构的镍基双金属合金。3.如权利要求1所述的高效率产氢的多孔合金电极材料，其特征在于：所述镍基双金属合金为镍钼合金，镍钴合金，镍锌合金，镍锰合金的一种或两种以上。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的高效率产氢的多孔合金电极材料，其特征在于：所述多孔合金的比表面积为1
‑
10m2/g，孔半径为500
‑
1000nm。5.如权利要求1所述的高效率产氢的多孔合金电极材料，其特征在于：所述纳米孔的孔径为10
‑
50nm。6.一种权利要求1
‑
5任一项所述的高效率产氢的多孔合金电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1）通过超临界水热合成法合成沉积有SiO2纳米粒子的金属复合材料；2）将所述金属复合材料进行还原处理，同时使用化学气相沉积法在所述金属复合材料上沉积石墨烯，形成石墨烯膜，得到包膜多孔合金复合材料；3）移除所述包膜多孔合金复合材料的SiO2纳米粒子，使石墨烯膜中形成多个纳米孔，得到多孔合金电极材料。7.如权利要求6所述的高效率产氢的多孔合金电极材料的制备方法，其特征在于：步骤1）中，具体为：将含有镍、钼元素的无机盐溶液、尿素和SiO2纳米粒子混合均匀进行水热反应，待反...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨霖，
申请(专利权)人：浙江浙燃动力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：