一种促进海水电解析氢反应的方法技术

本发明专利技术属于直接海水电解制氢技术领域，具体涉及通过分子筛修饰电极表面促进海水电解析氢反应的方法

【技术实现步骤摘要】
一种促进海水电解析氢反应的方法


[0001]本专利技术属于直接海水电解制氢
，具体涉及一种促进海水电解析氢反应的方法
。

技术介绍

[0002]氢能作为一种清洁高效的可再生能源，被认为是化石能源最理想的替代品，而水电解由于绿色环保
、
制得的氢气纯度高
、
能源利用效率高
、
与其他可再生能源耦合性好等优点而被研究者们广泛研究
。
目前技术比较成熟的碱性水电解
、
固体氧化物电解质水电解
、PEM
水电解以及目前研究最多的碱性阴离子交换膜水电解均以纯水作为电解质，若能以海水作为水电解的原料则可以节省稀有的淡水资源，同时可与海上风电等耦合，因此海水电解具有良好的应用前景
。
而海水近中性的环境中氢析出反应动力学十分缓慢，这严重限制了海水电解工业化应用的发展
。
[0003]众所周知，强酸性或强碱性环境中析氢反应速率均十分迅速，双电层是发生电化学反应的主要场所，因此改善双电层中的
pH
微环境是改善海水电解析氢反应速率的有效途径，目前关于直接海水电解阴极析氢反应的研究主要集中在设计催化剂的形貌和结构以加速水分子在催化剂表面的解离吸附，催化剂合成工艺通常耗时较长，能耗较高
。
而通过电极表面修饰调控双电层微环境的相关研究较少
。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种通过分子筛修饰电极表面促进海水电解析氢反应的方法，将一定量的亲水性较好的可以发生离子交换的分子筛浆料涂覆在经过酸处理的泡沫镍表面，可明显改善近中性环境中析氢反应速率缓慢的问题，这主要得益于离子交换致使界面双电层处于一种强碱性微环境，该方法具有操作简单
、
加速析氢反应效果显著
、
易于工业化放大等优点
。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]本专利技术提供了一种通过分子筛修饰电极表面促进海水电解析氢反应的方法，通过将分子筛修饰在析氢电极表面，从而促进海水析氢反应速率；所述分子筛的硅铝比小于或等于
5。
[0007]基于以上技术方法，优选的，所述分子筛不与海水中的成分发生化学反应，在海水可稳定存在
。
[0008]基于以上技术方法，优选的，所述分子筛在海水析氢反应过程中保持稳定，即在
‑
1.0
‑
0V(vs.RHE)
范围内不发生氧化还原反应
。
[0009]基于以上技术方法，优选的，所述分子筛具有较好的亲水性
。
[0010]基于以上技术方法，优选的，所述分子筛具备与吸附的水分子发生离子交换的能力，改善界面
pH。
[0011]基于以上技术方法，优选的，所述方法包括以下步骤：
[0012](1)
将分子筛与分散剂
、3
‑
8wt.
％
Nafion
溶液混合，超声分散，得到分子筛分散液；
[0013](2)
将泡沫镍浸泡在丙酮中超声洗涤，随后用去离子水洗涤；
[0014](3)
将上述泡沫镍置于盐酸溶液中超声，随后用去离子水洗涤；
[0015](4)
在热台上将步骤
(1)
中的分子筛分散液涂覆在泡沫镍表面
。
[0016]基于以上技术方法，优选的，所述步骤
(1)
中分子筛的质量浓度为
10
‑
20mg mL
‑1；分散剂为乙醇或异丙醇；分散剂与
Nafion
溶液的体积比为
4:1
‑
6:1
；所述超声时间为2‑
4h
，超声功率为
100
‑
400W
；
[0017]所述步骤
(2)
中超声时间为5‑
10min
，超声功率为
50
‑
300W
；
[0018]所述步骤
(3)
中盐酸溶液的浓度为2‑
5M
，超声时间为5‑
10min
，超声功率为；
[0019]所述步骤
(4)
中热台温度为
60
‑
80℃
，分子筛的载量为5‑
15mg cm
‑2。
[0020]基于以上技术方法，优选的，每次涂覆分子筛分散液在
50
‑
200uL cm
‑2，每次涂覆结束后在热台上干燥
5min。
[0021]基于以上技术方法，优选的，所述具体的实施方法为：
[0022]将分子筛转移至分散剂和
Nafion
树脂的混合溶液内，随后超声分散均匀备用，将裁剪好的泡沫镍浸泡在丙酮和盐酸溶液中备用，随后在热台上用滴管将分子筛浆料涂覆在泡沫镍表面得到分子筛修饰的析氢电极
。
[0023]基于以上技术方案，优选的，所述分子筛为
SAPO
‑
34
分子筛
、13X
分子筛
、3A
分子筛
、Y
型分子筛中的一种或多种组合
。
[0024]本专利技术还提供了一种海水电解工艺，包括上述的通过分子筛修饰析氢电极的方法来加速海水电解阴极析氢反应速率
。
[0025]有益效果：
[0026]本专利技术的技术成功解决了在海水这种近中性的电解质中析氢反应缓慢的问题
。
通过在电极表面修饰一层特定的亲水性分子筛，利用其离子交换功能使得电极界面处于一个强碱性环境中，进而海水电解的析氢活性得到有效提升，该方法操作简单，易于调控及放大，在提升电解效率的同时能降低电解成本，具有显著的应用前景
。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例1‑3与对比例1‑2的线性伏安扫描曲线
。
具体实施方式
[0028]以下结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不以任何方式限制本专利技术
。
[0029]实施例1[0030]以
SAPO
‑
34
修饰泡沫镍
(SAPO
‑
34@Ni Foam)
促进海水电解阴极析氢反应速率，按以下步骤实施：
[0031]Step 1
：称取
3.5g
海盐溶于
100mL
去离子水，
200W
下超声溶解
5min
得到海水
。
[0032]Step 2
：称取
20mg SAPO
‑
34
分子筛
(SiO2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种促进海水电解析氢反应的方法，其特征在于，通过将分子筛修饰在析氢电极表面，从而促进海水析氢反应速率；所述分子筛的硅铝比小于或等于
5。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)
将分子筛与分散剂
、3
‑
8wt.
％
Nafion
溶液混合，超声分散，得到分子筛分散液；
(2)
将泡沫镍浸泡在丙酮中超声洗涤，随后用去离子水洗涤；
(3)
将上述泡沫镍置于盐酸溶液中超声，随后用去离子水洗涤；
(4)
在热台上将步骤
(1)
中的分子筛分散液涂覆在泡沫镍表面
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤
(1)
中分子筛的浓度为
10
‑
20mg mL
‑1；分散剂为乙醇或异丙醇；分散剂与
Nafion
溶液的体积比为
4:1
‑
6:1
；所述超声时间为2‑
4h
，超声功率为
100
‑
400W
；所述步骤
(2)
中超声时间为5‑
10min
，超声功率为
50
‑
300W
；所述步骤
(3)
中盐酸溶液的浓度为2‑
5M
，超声时间为5‑
10min

【专利技术属性】
技术研发人员：邵志刚，李童州，曹龙生，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：