一种析氢材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种析氢材料及其制备方法和应用。本发明专利技术的析氢材料，包括碳化基底以及沉积于所述碳化基底上的Ni

【技术实现步骤摘要】
一种析氢材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电解水制氢
，具体涉及一种析氢材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]相比于化石燃料，氢气因其能量密度高，燃烧产物清洁无污染，可存储运输等优点被视为最理想的能源载体。在目前的制氢技术中，电解水制氢价值最大。因此，急需开发一种高效，低成本，稳定的电解水析氢反应电催化剂。
[0003]目前，Pt基贵金属材料及其衍生物具有良好的催化活性，其中Pt基催化剂是析氢反应的最佳活性组分，但它们的稀缺性和高昂的成本严重阻碍了它们的大规模商业化应用。近年来多金属碳化物，氮化物，硫化物，磷化物，硼化物在析氢反应电催化方面的研究受到了广泛重视。这一系列的过渡金属化合物将会成为此类电催化材料的研究热点。
[0004]目前在过渡金属基材料中Ni、Co、Fe、Cu、W、Wo等已经被认为有望成为未来高性能的析氢反应催化剂。由于过渡金属的原子外层有孤立的3d电子，能够和氢原子空轨道配对形成M
‑
H键，可以降低在析氢反应过程中电极表面的吸附能垒，有利于加快析氢反应。虽然近年来对这类元素有着很多的研究，但是开发低成本，高效，稳定的析氢催化剂材料依然是重中之重。
[0005]相关技术中，析氢催化剂大部分都是粉末的形式。而粉末催化剂最大的缺点就是需要粘合剂，且工作时易脱落，这些问题限制了粉末催化剂在电解水析氢中的实际应用，因此，为了解决上述问题，需要开发一种新的析氢催化剂。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的上述技术问题之一。为此，本专利技术提供了一种析氢材料，该析氢材料具有碳化基底，碳化基底上沉积了Ni
‑
Co9S8异质结，析氢材料的形式为片状，是一种自支撑型催化剂，解决了粉末催化剂易脱落的缺点，同时催化剂具有更高的催化活性。
[0007]本专利技术还提供了一种析氢材料的制备方法。
[0008]本专利技术还提供了析氢材料在电解水析氢中的应用。
[0009]本专利技术的第一方面提供了一种析氢材料，包括碳化基底以及沉积于所述碳化基底上的Ni
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Co9S8异质结。
[0010]本专利技术关于析氢材料的技术方案中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0011]本专利技术的析氢材料，具有碳化基底，该碳化基底具有高导电性和丰富的活性位点，与Ni
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Co9S8异质结相结合时，形成了一种自支撑型催化剂，该析氢材料用于电催化析氢反应时，没有粉末催化剂易脱落的缺点，同时还具有更高的催化活性。
[0012]本专利技术的析氢材料，制备原料易得，无需昂贵的设备和复杂的过程控制，制备条件不苛刻，操作简便，材料成本低廉，工业应用价值高。
[0013]根据本专利技术的一些实施方式，所述碳化基底包括滤纸碳化基底。
[0014]本专利技术的第二方面提供了析氢材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1：将滤纸在保护气氛下烧结，得到所述碳化基底；
[0016]S2：以所述碳化基底为工作电极，以镍源、钴源和导电增强剂为原料，在所述碳化基底上进行电化学沉积，得到所述的析氢材料。
[0017]本专利技术关于析氢材料的制备方法中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0018]本专利技术析氢材料的制备方法，制备原料易得，无需昂贵的设备和复杂的过程控制，制备条件不苛刻，操作简便，材料成本低廉，容易工业化大规模推广。
[0019]本专利技术析氢材料的制备方法，沉积时，以碳化基底为工作电极，镍源提供镍元素，钴源提供钴元素，导电增强剂可以增强材料在电解液中的导电性，促进沉积。
[0020]根据本专利技术的一些实施方式，所述制备方法还包括在烧结前，先将滤纸裁剪成合适尺寸。比如，可以裁剪成2cm
×
4cm的小块。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述滤纸包括定量分析滤纸、定性分析滤纸和层析定性分析滤纸。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述滤纸为定性中速滤纸。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述保护气氛包括氩气。
[0024]根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结的设备可以为管式炉。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述烧结的方法为：程序升温至700℃～900℃保温。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，程序升温的升温速率为2℃/min～7℃/min。
[0027]根据本专利技术的一些实施方式，程序升温的升温速率为5℃/min。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述保温的时间为0.75h～1.5h。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述保温的时间为1h左右。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，所述镍源、钴源和导电增强剂的摩尔比为4～8:2～6:50。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述镍源、钴源和导电增强剂的摩尔比为6:4:50。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述镍源包括硫酸镍及其水合物。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述镍源包括六水合硫酸镍。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述钴源包括硫酸钴及其水合物。
[0035]根据本专利技术的一些实施方式，所述钴源包括七水合硫酸钴。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，所述导电增强剂包括硫酸铵。
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，所述电化学沉积的电压为
‑
1.0V～
‑
1.5V。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，所述电化学沉积的电压为
‑
1.2V左右。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，所述电化学沉积的时间为500s～1000s。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，所述电化学沉积的时间为600s左右。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，所述电化学沉积可以在三电极体系中进行。碳化基底为工作电极，铂片为对电极，饱和氯化银为参比电极。沉积方法可以为计时电流法。
[0042]本专利技术的第三方面提供了本专利技术的析氢材料在电解水析氢中的应用。
[0043]本专利技术关于析氢材料在电解水析氢中的应用中的一个技术方案，至少具有以下有益效果：
[0044]电解水析氢时，由于使用了本专利技术的析氢材料，该析氢材料具有碳化基底，该碳化
基底具有高导电性和丰富的活性位点，与Ni
‑
Co9S8异质结相结合时，形成了一种自支撑型催化剂，该析氢材料用于电催化析氢反应时，没有粉末催化剂易脱落的缺点，同时还具有更高的催化活性。
[0045]其中，“自支撑”指滤纸烧成的碳化基底对后续的电沉积起到基底框架的作用，为沉积提供了位点，析氢催化剂从现有的粉末状调整为片状，不易脱落，使用寿命更长。
附图说明
[0046]图1为析氢材料的合成示意图。
[0047]图2为析氢材料的X射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种析氢材料，其特征在于，包括碳化基底以及沉积于所述碳化基底上的Ni
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Co9S8异质结。2.根据权利要求1所述的析氢材料，其特征在于，所述碳化基底包括滤纸碳化基底。3.一种制备如权利要求1或2所述的析氢材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将滤纸在保护气氛下烧结，得到所述碳化基底；S2：以所述碳化基底为工作电极，以镍源、钴源和导电增强剂为原料，在所述碳化基底上进行电化学沉积，得到所述的析氢材料。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述滤纸包括定量分析滤纸、定性分析滤纸和层析定性分析滤纸。5.根据权利要求3所述的方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小双，邓述威，张品森，陈淑荣，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：