一种高催化活性的Ni-Ce-Pr-Ho析氢材料及其制备方法技术

本发明专利技术是一种高催化活性的Ni

【技术实现步骤摘要】
一种高催化活性的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及氢气制备领域，具体设计一种低能耗的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]日益增长的能源消耗和环境压力使技术发展面临挑战。氢(H2)作为潜在的清洁能源候选能源，因其能量密度高(120
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140MJ
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kg
‑1)、能源效率高、无污染等特点而备受关注。在各种制氢方法中，电化学拆分水析氢反应(HER)具有运行稳定、生产清洁、纯度高的优点。考虑到可再生能源(如氢气、风能、太阳能)效率的提高和贵金属催化剂的高成本，电化学水电解HER有望成为主流制氢方法。因此，开发一种性价比高的基于非贵金属的电催化剂，实现高HER性能，对于电解解水具有重要意义。
[0003]各种非贵金属电催化剂，如镍基电催化剂，在碱性介质下具有良好的化学稳定性和HER活性。镍原子外层有未配对的3d电子，在析氢反应中容易与H原子的1s轨道形成Ni
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H吸附键，从而提高了合金电催化剂的电催化性能。稀土(RE)元素有许多空的或半满的d轨道和f轨道，这可以与有配对d电子的金属元素(如Ni和Fe)产生协同效应。单原子与相邻杂原子之间的高协同效应有利于H原子的吸附和解吸，提高了HER的电催化活性。当以Ni等稀土金属合金作为阴极成分时，阴极可在较宽的电流密度范围内接近可逆氢电极。Ce价态的改变导致了大量氧空位的产生和强电子转移。通过电弧熔炼合成了不同成分的Ni
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Ce合金，在8M KOH中获得了46kJ
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mol
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1的活化能。镨(Pr)是一种应用广泛的稀土元素，在磁铁中添加Pr可以有效提高其抗氧化(耐空气腐蚀)和力学性能。钬(Ho)掺杂可有效提高电催化剂的催化性能。
[0004]基于以上的分析，本专利技术选用导电性能好的三维结构的泡沫镍材料为基底材料，采用电沉积法一步合成Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢电极。Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢电极表现出优秀的析氢性能及良好电化学稳定性，是一种具有工业化应用前景的析氢催化材料。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是针对碱性电解水电极的要求，提供一种Ni
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Ce
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Pr
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Ho复合析氢电极制备方法，该制备方法的主要优势在于制得的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢电极具有较小的晶粒尺寸和优异的析氢性能。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
[0007]一种高催化活性的Ni
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Ce
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Pr
‑
Ho析氢材料的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤一、泡沫镍预处理制备镍基体；
[0009]步骤二、制作电沉积水溶液；所述电沉积水溶液中包括质量浓度为50～120g/L的镍源，0.5～2g/L的铈源，1～6g/L的镨源，1～6g/L的钬源，10～50g/L的硼酸，20～100g/L的络合剂和10～50g/L的导电剂；
[0010]步骤三、将电沉积水溶液加入电沉积装置进行电沉积，电沉积装置的阴极为镍基
体；电沉积后取下镍基体即得到Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料。
[0011]进一步的改进，所述步骤二中，电沉积装置的阴极和阳极的间距为1.0～4.0cm，电流密度为10～60mA
·
cm
–2，时长为10～60min。
[0012]进一步的改进，所述沉积装置的阳极为石墨烯；所述镍基体为泡沫镍。
[0013]进一步的改进，所述中镍源包括硫酸镍、氯化镍及硝酸镍中的一种或任意几种混合；所述铈源包括氯化亚铈、硫酸亚铈、硝酸亚铈中的一种或任意几种混合；镨源包括氯化镨、硫酸镨、硝酸镨中的一种或任意几种混合；所述钬源包括氯化钬、硫酸钬及硝酸钬中的一种或任意几种混合；所述络合剂包括柠檬酸三钠和柠檬酸三铵中的一种或任意混合；所述导电剂包括碱金属氯化无机盐和氯化可溶性铵盐。
[0014]进一步的改进，步骤一的步骤如下：将泡沫镍基体裁成大小的矩形片，放置纯水中超声，取出加入10％的盐酸进行超声，再用纯水洗净泡沫中的盐酸至中性，将泡沫镍放入无水乙醇中超声，再用纯水洗净乙醇，真空干燥得到镍基体备用。
[0015]一种高催化活性的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料，包括镍基体和沉积在所述镍基体表面的Ni
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Ce
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Pr
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Ho镀层，所述Ni
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Ce
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Pr
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Ho镀层包括以下原子百分含量的组分：Ni：5～25％，Ce：10～25％，Pr：20～55％，Ho：10～30％。
[0016]进一步的改进，所述的Ni
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Ce
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Pr
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Ho镀层的厚度为10～50μm。
[0017]本专利技术的有益效果是：
[0018](1)合成的Ni
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Ce
‑
Pr
‑
Ho析氢电极具有较低的析氢过电位和电化学稳定性，可广泛地作为碱性电解水析氢电极材料；
[0019](2)采用恒电位电沉积，制备过程时间短，所需设备简单，可以获得成分均匀，晶粒尺寸细小，厚度一致，内应力小的镀层；
[0020](3)采用电沉积技术可获得与基底材料结合牢靠的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢电极材料，防止了电极材料在析氢反应过程中的脱落现象，极大地提高了电极的稳定性。
附图说明
[0021]图1为实施例1中Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢电极的表面形貌；
[0022]图2为实施例1中Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢电极与Ni
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Ce、Ni
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Ce
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Pr、Ni
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Ce
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Ho析氢电析的线性伏安曲线对比图；
[0023]图3为实施例1中Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢电极能谱图；
[0024]图4为实施例1中Ni
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Ce
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Pr
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...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高催化活性的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、泡沫镍预处理制备镍基体；步骤二、制作电沉积水溶液；所述电沉积水溶液中包括质量浓度为50～120g/L的镍源，0.5～2g/L的铈源，1～6g/L的镨源，1～6g/L的钬源，10～50g/L的硼酸，20～100g/L的络合剂和10～50g/L的导电剂；步骤三、将电沉积水溶液加入电沉积装置进行电沉积，电沉积装置的阴极为镍基体；电沉积后取下镍基体即得到Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料。2.如权利要求1所述的高催化活性的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，电沉积装置的阴极和阳极的间距为1.0～4.0cm，电流密度为10～60mA
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cm
–2，时长为10～60min。3.如权利要求1所述的高催化活性的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料的制备方法，其特征在于，所述沉积装置的阳极为石墨烯；所述镍基体为泡沫镍。4.如权利要求1所述的高催化活性的Ni
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Ce
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Pr
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Ho析氢材料的制备方法，其特征在于，所述中镍源包括硫酸镍、氯化镍及硝酸镍中的一种或任意几种混合；所述铈源包括氯化亚铈、硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘卫，杨泱，陈星，崔小震，
申请(专利权)人：益阳鸿源稀土有限责任公司，
类型：发明
国别省市：