一种电催化析氢电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种电催化析氢电极及其制备方法，属于电催化析氢技术领域。所述析氢电极由导电基体以及电镀在导电基体表面的Ni

【技术实现步骤摘要】
一种电催化析氢电极及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种析氢电极，尤其涉及一种电催化析氢电极及其制备方法。

技术介绍

[0002]在碳中和目标背景下，利用可再生能源耦合发电制氢，能实现峰谷电消纳与分布式能源综合应用。氢能作为化石能源和可再生能源之间过渡和转换的桥梁，有望降低交通运输过程中的碳排放，代替焦炭用于冶金工业降低碳排放。在绿色发电
‑
储能
‑
用电(氢)产业链中，电解水制氢处于连接发电上游以及用氢下游的重要环节。在这个技术路径中，金属电催化剂是目前主要的技术障碍。
[0003]过渡金属镍及其合金具有较高的电催化活性和较低的成本，被认为是当今最具潜力的电催化材料之一。公开号CN112619670 A公开了一种Ni
85
Se
100
/碳纳米管复合物的制备方法，其采用溶剂热法合成碳纳米管负载Ni
85
Se
100
析氢材料，该析氢材料性能优异，但制备步骤繁琐，制备成本高。公开号CN113652707 A公开了一种碲化镍析氢催化剂及其制备方法与应用，该专利技术制备的碲化镍析氢催化剂为层状结构，结构稳定，暴露的活性位点多，具有良好的析氢性能，然而其制备过程需要的碲酸盐价格昂贵，难以工业化生产。公开号CN113584517 A公开了一种非贵金属Ni
‑
Mo
‑
P
‑
B电催化析氢电极的制备方法，其采用电沉积法制备Ni
‑
Mo
‑
P
‑
B电极，该电极制备方法简单，但存在表面平滑，从而暴露的活性位点较少，析氢活性不足的问题。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术目的之一为提供一种具有良好析氢性能的Ni
‑
Se
‑
Co析氢电极，本专利技术另一目的旨在提供上述析氢电极的制备方法。
[0005]技术方案：本专利技术所述的电催化析氢电极，由导电基体以及电镀在导电基体表面的Ni
‑
Se
‑
Co镀层组成。
[0006]其中，所述Ni
‑
Se
‑
Co镀层中，各元素的质量百分含量为：30～40％Ni、40～50％Se以及余量为Co。
[0007]其中，所述导电基体为泡沫镍基体、镍网基体、铁网基体或钛网基体中的一种。
[0008]上述电催化析氢电极的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)先配制电镀水溶液，电镀水溶液通过往水中加入镍源、硒源、钴源、络合剂和导电剂配制而成；
[0010](2)以预处理后的导电基体作为阴极、以石墨片作为阳极，采用电沉积法在电镀水溶液中进行电沉积，在导电基体表面得到Ni
‑
Se
‑
Co镀层。
[0011]其中，步骤(1)中，所述镍源为水溶性镍盐中的一种或几种的混合物；所述硒源为二氧化硒、亚硒酸钠、硒酸钠中的一种或几种的混合物；所述钴源为水溶性钴盐中的一种或几种的混合物。
[0012]其中，步骤(1)中，所述络合剂为柠檬酸钠或氯化铵或两者的混合。
[0013]其中，步骤(1)中，所述导电剂为NaCl、LiCl或KCl中的一种或几种的混合物。
[0014]其中，步骤(1)中，电镀水溶液中，镍源的质量浓度为20～40g/L，硒源的质量浓度为5～20g/L，钴源的质量浓度为20～50g/L，络合剂的质量浓度为20～60g/L，导电剂的质量浓度为1～10g/L。
[0015]其中，步骤(2)中，电沉积过程中，电镀水溶液的温度为25～50℃；pH值为1.5～2。温度和pH值会影响电镀过程中离子的活性，从而影响电镀效率。
[0016]其中，步骤(2)中，电沉积过程中，电流密度为5～50mA/cm2，电沉积时间30～90min。通过控制电沉积时间控制镀层的厚度。
[0017]有益效果：相比于现有技术，本专利技术具有如下显著的效果：(1)本专利技术通过往Ni和Se中加入Co，能够有效增大合金的吸氢能力，从而降低与氢离子的结合能，进而提高合金的电催化活性，本专利技术合成的Ni
‑
Se
‑
Co析氢电极具有低的析氢过电位，可作为碱性电解水析氢电极材料；(2)本专利技术采用电沉积法，获得的镀层成分均匀，晶粒尺寸细小、厚度均一，且为非晶态，从而合金中金属原子具有高的反应活性；同时电沉积法使Ni
‑
Se
‑
Co镀层与基底材料结合牢靠，减少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
[0018]图1为实施例1制得的Ni
‑
Se
‑
Co镀层的扫描电镜图；
[0019]图2为实施例1制得的Ni
‑
Se
‑
Co镀层的能谱图；
[0020]图3为实施例1～3制得的Ni
‑
Se
‑
Co析氢电极的线性伏安(LSV)图；
[0021]图4为实施例1以及对比例1～3制得的析氢电极的线性伏安(LSV)图。
具体实施方式
[0022]实施例1
[0023]本专利技术电催化析氢电极的制备方法，具体包括如下步骤：
[0024](1)导电基体的预处理：将导电基体材料裁成小块矩形片，将裁剪好的导电基体材料先在无水乙醇中超声清洗，再用去离子水冲洗干净，接着在稀盐酸中超声清洗，最后用去离子水清洗，烘干备用，预处理是为了去除基体表面的氧化皮和有机物，已加强镀层与导电基体的结合力；
[0025](2)配制电镀水溶液：往去离子水中加入NiSO4·
6H2O、SeO2、CoCl2·
6H2O、NH4Cl和LiCl得到电镀水溶液，电镀水溶液中，各物质的质量浓度为：20g/LNiSO4·
6H2O、20g/L SeO2、50g/L CoCl2·
6H2O、20g/L NH4Cl和10g/L LiCl；电镀水溶液的pH值为2(碱性会发生沉淀，强酸性时得到的镀层电催化性能最好)；
[0026](3)电沉积制备Ni
‑
Se
‑
Co电极：以步骤(1)预处理后的导电基体为阴极，以石墨片为阳极，采用电沉积法在步骤(2)的电镀水溶液中进行电沉积，电镀沉积过程中，电镀水溶液的温度为25℃，电流密度为30mA/cm2，电沉积时间为60min；
[0027](4)电沉积完成后，取出洗涤，在60℃下真空干燥12h后，在导电基体表面得到Ni
‑
Se
‑
Co镀层。
[0028]对制备得到的Ni
‑
Se
‑
Co镀层采用德国卡尔蔡司公司的ZEISS EVO18型扫描电子显
微镜进行形貌分析，结果如图1所示。由图1a可知，Ni
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电催化析氢电极，其特征在于：所述析氢电极由导电基体以及电镀在导电基体表面的Ni
‑
Se
‑
Co镀层组成。2.根据权利要求1所述的电催化析氢电极，其特征在于：所述Ni
‑
Se
‑
Co镀层中，各元素的质量百分含量为：20～50％Ni、30～60％Se以及余量为Co。3.根据权利要求1所述的电催化析氢电极，其特征在于：所述导电基体为泡沫镍基体、镍网基体、铁网基体或钛网基体中的一种。4.权利要求1所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)先配制电镀水溶液，电镀水溶液通过往水中加入镍源、硒源、钴源、络合剂和导电剂配制而成；(2)以预处理后的导电基体作为阴极、以石墨片作为阳极，采用电沉积法在电镀水溶液中进行电沉积，在导电基体表面得到Ni
‑
Se
‑
Co镀层。5.根据权利要求4所述的电催化析氢电极的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述镍源为水溶性镍...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘子涵，吴艺辉，王宇鑫，孙泽生，何震，尹丽，郭平义，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：