复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种复合电极材料及其制备方法和应用，该电极材料包括泡沫镍基底以及负载于泡沫镍基底上的由铂和氧化镍构成的异质结纳米片。通过在泡沫镍基底上形成铂与氧化镍的异质结纳米片，可构成自支持的电极，不仅保证电极的机械完整性，同时，铂与氧化镍的异质结纳米片使得该复合电极材料具有丰富的活性位点，铂与氧化镍可共同促进电催化产氢动力学，进而使得该复合电极材料可以用于安培级电流密度下电催化产氢，并且具有较好的稳定性。此外，该复合电极材料的制备方法工艺简单，操作简便，铂的载量少，质量活性高，所得材料性能优于商用催化剂，适于大规模应用。适于大规模应用。适于大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
复合电极材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及电极材料
，具体而言，涉及一种复合电极材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]碳中和战略正在加速世界能源格局从化石能源向清洁能源转变。氢气由于其高能量密度和环境友好的特点，被认为是最有潜力替代化石燃料的可再生能源。目前，工业制氢主要来自甲烷转化和煤气化，导致大量的碳排放。碱性水裂解制氢是一种很有前景的大规模制氢技术，与酸性条件下电解水相比，其操作安全性更高并且更具成本效益。众所周知，铂基电催化剂是析氢反应的基准催化剂。然而，在碱性介质中，铂的Volmer过程动力学不足，使其表现出比在酸性介质中低两个数量级的反应活性。此外，铂的高成本和较差的稳定性进一步阻碍了其大规模应用。因此，现有技术缺乏在碱性介质中同时具有高质量活性和优良的电化学耐久性的Pt基电催化剂。
[0003]鉴于此，特提出本专利技术。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合电极材料及其制备方法和应用，以改善上述技术问题。
[0005]本专利技术是这样实现的：
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种复合电极材料，其包括泡沫镍基底以及负载于泡沫镍基底上的异质结纳米片，异质结纳米片由铂和氧化镍构成。
[0007]可选地，异质结纳米片为多个铂纳米粒子负载于氧化镍纳米片上。
[0008]可选地，复合电极材料表面具有三维类平行的沟槽结构；
[0009]可选地，复合电极材料的铂的负载量为20μg/cm2‑
>100μg/cm2。
[0010]可选地，铂纳米粒子的粒径为3～8nm。
[0011]第二方面，本专利技术还提供了上述复合电极材料的制备方法，其包括：在泡沫镍基底表面负载所述异质结纳米片。
[0012]可选地，异质结纳米片在所述泡沫镍基底表面原位反应形成。
[0013]可选地，原位反应为将硼氢化钠处理后的泡沫镍基底与氯铂酸在溶液体系中进行反应。
[0014]可选地，硼氢化钠处理后的泡沫镍基底的制备包括：将泡沫镍基底置于硼氢化钠溶液中进行搅拌，优选地，所述硼氢化钠溶液浓度为5～40mg/mL，混合时间为5～60min。
[0015]可选地，原位反应包括：将硼氢化钠处理后的所述泡沫镍基底浸泡于氯铂酸溶液中进行反应。
[0016]可选地，氯铂酸溶液的浓度为1～20mmol/L，反应时间为5～60min。
[0017]可选地，在负载所述异质结纳米片之前，对所述泡沫镍基底进行清洗，优选地，将
泡沫镍基底分别在酮、醇和水中进行超声处理；
[0018]可选地，在泡沫镍基底表面负载所述异质结纳米片后，将获得的复合材料分别用水和醇洗涤。
[0019]第三方面，本专利技术还提供了上述复合电极材料在电催化产氢中作为工作电极的应用。
[0020]可选地，电催化产氢在碱性条件的安培级电流密度下进行。
[0021]本专利技术具有以下有益效果：通过在泡沫镍基底上形成铂与氧化镍的异质结纳米片，可构成自支持的电极，不仅保证电极的机械完整性，同时，铂与氧化镍的异质结纳米片使得该复合电极材料具有丰富的活性位点，铂与氧化镍可共同促进电催化产氢动力学，进而使得该复合电极材料可以用于安培级电流密度下电催化产氢，并且具有较好的稳定性。此外。该复合电极材料的制备方法工艺简单，操作简便，铂的载量少，质量活性高，所得材料性能优于商用催化剂，适于大规模应用。
附图说明
[0022]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0023]图1：a，b和c，d分别为本专利技术实施例1制备的清洁的NF和R
‑
NF
‑
Pt复合电极材料的SEM图；
[0024]图2为本专利技术实施例1制备得到的R
‑
NF
‑
Pt复合电极材料的TEM图；
[0025]图3为对比例1制备的NF
‑
Pt复合电极材料的SEM图；
[0026]图4为本专利技术实施例1制备得到的R
‑
NF
‑
Pt复合电极材料和对比例1制备的NF
‑
Pt复合电极材料和商业化Pt/C催化剂在1M KOH电解液中的极化曲线对比图；
[0027]图5为本专利技术实施例1制备得到的R
‑
NF
‑
Pt和商业化Pt/C催化剂在1MKOH电解液中的质量活性对比图；
[0028]图6为本专利技术实施例1制备得到的R
‑
NF
‑
Pt和商业化Pt/C催化剂在1MKOH电解液中的稳定性对比图。
具体实施方式
[0029]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
[0030]下面对本专利技术提供的一种复合电极材料及其制备方法和应用进行具体说明。
[0031]现有技术中，对于工业级的大规模制氢，催化剂需要在相对较低的电压下产生安培级的电流密度，并具有长期的稳定性。此外，必须保证催化剂可以抵抗大量气泡产生的应力而不从电极上剥落。因此，对于制氢的电极，一方面要求其在安培级的电流密度下具有较高的电催化性能和稳定性，另一方面还需要其和电极基体之间具有较佳的结合性能。
[0032]基于此，专利技术人通过大量的研究和实践提出了以下技术方案。
[0033]本专利技术的一些实施方式公开了一种复合电极材料，其包括泡沫镍基底以及负载于泡沫镍基底上的异质结纳米片，异质结纳米片由铂和氧化镍构成。
[0034]具体地，一些实施方式中，异质结纳米片为多个铂纳米粒子负载于氧化镍纳米片上。
[0035]该复合电极材料可以用于安培级电流密度下电催化产氢，并且具有较好的稳定性。同时，该复合电极材料具有丰富的活性位点，且铂与氧化镍可以形成协同效应，共同促进电催化产氢动力学。
[0036]一些实施方式中，复合电极材料表面具有三维类平行的沟槽结构。需要说明的是，此处的类平行，表示大致平行，即多个类平行凸起的结构之间形成沟槽。
[0037]通过形成三维类平行沟槽结构可以加快催化过程中反应物和产物的传质，进而加速催化反应的进行。
[0038]进一步地，为了达到较佳的电催化性能，铂纳米粒子的粒径为3～8nm。
[0039]本专利技术的一些实施方式还提供了上述复合电极材料的制备方法，其包括：在泡沫镍基底表面负载该异质结纳米片。
[0040]具体地，异质结纳米片在泡沫镍基底表面原位反应形成，通过原位反应生成一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合电极材料，其特征在于，其包括泡沫镍基底以及负载于所述泡沫镍基底上的异质结纳米片，所述异质结纳米片由铂和氧化镍构成。2.根据权利要求1所述的复合电极材料，其特征在于，所述异质结纳米片为多个铂纳米粒子负载于氧化镍纳米片上；优选地，所述复合电极材料表面具有三维类平行的沟槽结构；优选地，所述复合电极材料的铂的负载量为20μg/cm2‑
100μg/cm2。3.根据权利要求2所述的复合电极材料，其特征在于，所述铂纳米粒子的粒径为3
‑
8nm。4.如权利要求1～3任一项所述的复合电极材料的制备方法，其特征在于，其包括：在泡沫镍基底表面负载所述异质结纳米片。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述异质结纳米片在所述泡沫镍基底表面原位反应形成。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述原位反应为将硼氢化钠处理后的泡沫镍基底与氯铂酸在溶液体系中进...

【专利技术属性】
技术研发人员：许冠南，王凯熙，
申请(专利权)人：澳门大学，
类型：发明
国别省市：