基于镍铬钛混合氧化物制备析氢阴极的方法技术

本发明专利技术属于析氢阴极材料的制备技术领域，具体涉及一种基于镍铬钛混合氧化物制备析氢阴极的方法。该方法包括：将二氧化硅、固体碳源以及碳化硅混合后溶于浓硫酸溶液中，冰浴搅拌，然后过滤、洗涤、干燥后微波处理，将所得产物分散于可溶性聚合物溶液中，加入钛酸四丁酯混合均匀后在惰性气氛中反应，然后过滤、洗涤、烘干、研磨，得到多孔材料；将镍粉、铬粉以及钛粉混合并烧结，在反应过程中持续通入氧气至反应结束，之后研磨得到镍铬钛混合氧化物粉末；将多孔材料、镍铬钛混合氧化物粉末混合，并与双键官能化试剂的乙醇溶液混合均匀，经浸泡后取出，高温煅烧，即得析氢阴极材料。该材料具有较高的比表面积、孔隙率，析氢过电位低且稳定性好。性好。

【技术实现步骤摘要】
基于镍铬钛混合氧化物制备析氢阴极的方法


[0001]本专利技术属于析氢阴极材料的制备
，具体涉及一种基于镍铬钛混合氧化物制备析氢阴极的方法。

技术介绍

[0002]目前，随着对能源需求的增加，发展包括太阳能、风能、水能、氢能等可再生能源，走可持续发展道路成为各国学者研究的焦点。在各种可再生能源中，太阳能、风能等再生能源，普遍存在间歇性和地域性等问题，严重限制了其应用。氢能具有资源丰富、循环可再生、高效环保和用途广泛等化石燃料和其他新能源不可比拟的优势，被认为是一种理想的绿色能源，对推动经济发展有重大的意义。目前氢的生产方法主要有化石燃料制氢、太阳能制氢、生物制氢与电解水制氢等。得益于工艺简单，原料（水）资源丰富和无污染等特点，电解水制氢是一种能够直接获得高纯氢气的制氢技术，目前被应用最广泛和成熟的方法，在洁净能源的发展中扮演着极其重要的角色。
[0003]过渡金属Ni的电子排布为[Ar]3d84s2，具有未成对的3d电子，在析氢电催化反应中，能够与氢原子1s轨道配对，形成强度适中的Ni
‑
H吸附键，兼具优异的析氢催化性能和价格优势，因而被公认为贵金属理想的替换材料。目前常见的例如镍基阴极材料例如镍铬钛混合氧化物析氢阴极，具有很好的析氢活性和长期稳定性，并能够抗击反向电流冲击，但存在几个缺点：1. 氧化物导电性不佳，制约了大电流条件下镀层内部的导电通路，进而影响大电流条件下的过电位；2. 氧化物粉体制备成本较高，且喷涂效率不佳；3. 氧化物镀层较脆，缺乏韧性。与此同时，碱性电解槽常用的柔性编织镍网柔性较好，喷涂后镍网搬运过程中的变形容易导致催化剂大量脱落。
[0004]基于以上，本申请专利技术人在原有的基础上开发了一种镍铬钛混合氧化物析氢阴极材料，该材料较之前具有高的电化学性能。

技术实现思路

[0005]基于上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于镍铬钛混合氧化物制备析氢阴极。根据本专利技术的方法得到的阴极材料具有较高的比表面积、孔隙率高，孔径大，同时具有较低的析氢过电位和良好的稳定性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：在本专利技术的一个方面，本专利技术提供了一种基于镍铬钛混合氧化物制备析氢阴极的方法，所述方法包括以下步骤：将二氧化硅、固体碳源以及碳化硅混合后按照质量体积比1g：2
‑
4ml的量将混合物溶于质量分数为80~90wt%的浓硫酸溶液中，然后置于
‑
5~0
°
C的冰浴中搅拌30~60min，反应结束后过滤，将所得沉淀物用去离子水洗涤2~3次、干燥后于600
‑
800W下微波处理5
‑
10min，得到碳化产物，将所得碳化产物分散于浓度为5
‑
10wt%的可溶性聚合物溶液中，然后加入钛酸四丁酯混合均匀后在惰性气氛中，于200
‑
300℃下反应1~3h，然后过滤、洗涤，将得到的沉
淀物烘干，研磨成粒径在50
‑
100μm之间的粉末，得到多孔材料；将镍粉、铬粉以及钛粉混合并在400
‑
600℃下烧结1
‑
3h，在反应过程中以2 ml/s的速度持续通入氧气至反应结束，之后研磨成粒径在80
‑
100nm之间的粉末，得到镍铬钛混合氧化物粉末；将上述得到的多孔材料、镍铬钛混合氧化物粉末混合，然后按照质量体积比1g:10
‑
20ml的量将混合物与双键官能化试剂的乙醇溶液混合均匀，常温下浸泡4
‑
6天，取出，于1000
‑
1500℃下进行高温煅烧10
‑
16h，待反应结束冷却至室温，即得析氢阴极材料。
[0007]优选地，所述固体碳源选自碳、木炭、石墨中的任一种。
[0008]优选地，所述二氧化硅、固体碳源以及碳化硅按照质量比1:2
‑
4:1
‑
5的量混合。
[0009]优选地，所述可溶性聚合物选自羧甲基纤维素、明胶、海藻酸钠、聚乙烯醇、聚乙二醇中的任一种。
[0010]优选地，所述碳化产物、钛酸四丁酯以及可溶性聚合物溶液按照质量体积比1g:0.02
‑
0.04ml:3
‑
5ml的量加入。
[0011]优选地，所述惰性气氛选自氩气、氮气、氢气中的一种。
[0012]优选地，所述镍粉、铬粉以及钛粉按照质量比90
‑
95:4
‑
7:1
‑
3的量混合。
[0013]优选地，所述多孔材料、镍铬钛混合氧化物粉末按照质量比1:0.5
‑
0.9的量混合。
[0014]优选地，所述双键官能化试剂选自丙烯酰氯、甲基丙烯酰氯、丙烯酸酐、甲基丙烯酸酐、甲基丙烯酸缩水甘油酯中的任一种。
[0015]优选地，所述双键官能化试剂的乙醇溶液配制方法为：将双键官能化试剂与乙醇按照体积比1
‑
2：10的量混合即可。
[0016]与现有技术比，本专利技术取得的有益效果是：本专利技术的析氢阴极材料是一种基于镍铬钛混合氧化物负载于多孔材料上的复合材料，该类材料具有高的比表面积和丰富的三维孔隙结构，孔隙率高，孔径大，可为电极的析氢过程提供更多反应界面，使反应更易进行，通过镍铬钛混合氧化物在多孔表面的修饰，可以进一步降低反应活化能，有助于降低析氢过点位，提高电极催化活性，进而降低能耗。本专利技术的阴极材料稳定性高，使用寿命长，同时力学性能优异。本专利技术的方法经济环保，可工业化生产。
[0017]在一个方面，本专利技术以二氧化硅、固体碳源以及碳化硅为多孔材料的制备原料，其中的固体碳源选自碳、木炭或者石墨，原材料来源丰富，且成本低。首先通过浓硫酸溶液将三种原料进行炭化作用，然后通过钛酸四丁酯对炭化产物进行造孔；可溶性聚合物溶液的环境能够促进造孔反应的进行，使得炭化产物产生数量较多的孔隙结构和高的比表面积，并且通过可溶性聚合物溶液的低粘性作用将三种原料之间充分融合为一个整体。低温的冰浴反应能够降低炭化反应的温度，提高反应安全性。微波处理能够提高炭化产物的活性，降低反应的活化能，促进后续的造孔反应的顺利进行，所得的多孔材料是一种粒径分布50
‑
100μm的微米级材料，该类材料孔隙率高，孔径大均为微米级，孔容量高，微米级的多孔结构便于气体传输，有利于析氢反应的进行。在另一个方面，将镍粉、铬粉以及钛粉混合并在氧气气氛下烧结，来氧化三种金属，得到纳米级的镍铬钛混合氧化物粉末。最后，将微米级的多孔材料、纳米级的镍铬钛混合氧化物粉末混合，在含有双键官能化试剂的乙醇溶液中浸泡处理，通过将双键修饰作用，将纳米级的镍铬钛混合氧化物粉末负载于多孔材料表面，双
键的修饰能够增强纳米粉末与多孔材料之间的结合力，乙醇溶液为整个反应体系提供丰富的OH
‑
，避免H+对材料结构的破坏，最后通过高温煅烧来进一步提高材料的稳定性。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于镍铬钛混合氧化物制备析氢阴极的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：将二氧化硅、固体碳源以及碳化硅混合后按照质量体积比1g：2
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4ml的量将混合物溶于质量分数为80~90wt%的浓硫酸溶液中，然后置于
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5~0
°
C的冰浴中搅拌30~60min，反应结束后过滤，将所得沉淀物用去离子水洗涤2~3次、干燥后于600
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800W下微波处理5
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10min，得到碳化产物，将所得碳化产物分散于浓度为5
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10wt%的可溶性聚合物溶液中，然后加入钛酸四丁酯混合均匀后在惰性气氛中，于200
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300℃下反应1~3h，然后过滤、洗涤，将得到的沉淀物烘干，研磨成粒径在50
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100μm之间的粉末，得到多孔材料；将镍粉、铬粉以及钛粉混合并在400
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600℃下烧结1
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3h，在反应过程中以2 ml/s的速度持续通入氧气至反应结束，之后研磨成粒径在80
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100nm之间的粉末，得到镍铬钛混合氧化物粉末；将上述得到的多孔材料、镍铬钛混合氧化物粉末混合，然后按照质量体积比1g:10
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20ml的量将混合物与双键官能化试剂的乙醇溶液混合均匀，常温下浸泡4
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6天，取出，于1000
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1500℃下进行高温煅烧10
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16h，待反应结束冷却至室温，即得析氢阴极材料。2.根据权利要求1所述的基于镍铬钛混合氧化物制备析氢阴极的方法，其特征在于，所述固体碳源...

【专利技术属性】
技术研发人员：章倩，戴熠帆，
申请(专利权)人：无锡市新达共创纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：