【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水电解制氢，具体地，涉及一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极。
技术介绍
1、氢气是一种清洁高效的可再生能源，在减少碳排放的环境下，现有的pem水电解制氢技术已经较为成熟，可以大规模的制造干净的氢气。pem水电解制氢技术的核心部件为膜电极，而膜电极是由质子交换膜、催化层、扩散层组成，其中催化层是膜电极的核心。现绝大部分膜电极涂覆的催化层是使用铂、铱贵金属或铂碳，铂铱成本高，铂碳易氧化失效。
2、高熵合金(hea)/高熵氧化物(heo)是由五种或五种以上金属组成的合金或氧化物。它具有很高的催化活性和耐腐蚀性，因此极适合用来作为催化剂使用。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供了一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极。
2、本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，通过如下步骤制备：
4、在质子交换膜的两侧分别喷涂阴极催化层浆料和阳极催化层浆料，干燥，得到设置在质子交换膜两侧的阴极催化层和阳极催化层；
5、在所述阴阳极催化层上分别设置阴极气体扩散层和阳极气体扩散层，并进行热压处理，得到所述膜电极。
6、进一步地，所述阴极气体扩散层和阳极气体扩散层为碳布或碳纸，厚度为0.3-0.5mm。
7、进一步地，所述阴极催化层浆料包括阴极催化剂、粘结剂和分散剂，所述阳极催化层浆料包括阳极催化剂、粘结剂和分散剂。
8、进一步
9、进一步地，所述粘结剂为全氟磺酸树脂溶液；所述全氟磺酸树脂溶液中全氟磺酸树脂质量为催化剂质量的20-30％；所述分散剂包括去离子水、乙醇、异丙醇中的一种或多种。
10、进一步地，所述阴极催化剂主要包括镍ni、锰mn、铬cr、钛ti、钽ta等金属元素；所述阳极催化剂主要包括铑rh、铂pt、银ag、钌ru、钯pd等金属元素。
11、进一步地，所述阴极催化剂通过如下步骤制备：
12、(1)将聚乙烯吡咯烷酮、镍盐、锰盐、铬盐、钛盐、钽盐按预定摩尔比溶于乙醇、去离子水和n,n-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，再加入碳载体，超声处理后，进行水热反应，得到nimncrtita金属有机框架前驱体产物；
13、(2)将所述nimncrtita五元金属有机框架前驱体产物在还原性气氛下进行热处理，得nimncrtita高熵合金/高熵氧化物纳米材料，即阴极催化剂。
14、其中，聚乙烯吡咯烷酮、镍盐、锰盐、铬盐、钛盐、钽盐的摩尔比为2.3:0.25:0.25:0.25:0.25:0.25；碳载体的加入量与聚乙烯吡咯烷酮的比例为10g:2.3mol；步骤(1)中水热反应的温度为100-140℃，时间为15-36h；步骤(2)中还原性气氛为氩氢混合气，所述热处理的温度为350-450℃，时间为3-5h。
15、进一步地，所述阳极催化剂通过如下步骤制备：
16、将聚乙烯吡咯烷酮、铑盐、铂盐、银盐、钌盐、钯盐按预定摩尔比溶于乙醇、去离子水和n,n-二甲基甲酰胺组成的混合溶剂中，再加入碳载体，超声处理后，进行水热反应，得到rhptagrupd金属有机框架前驱体产物；
17、将所述rhptagrupd金属有机框架前驱体产物在还原性气氛下进行热处理，得rhptagrupd高熵合金/高熵氧化物纳米材料，即阳极催化剂。
18、其中，聚乙烯吡咯烷酮、镍盐、锰盐、铬盐、钛盐、钽盐的摩尔比为1.8:0.25:0.25:0.25:0.25:0.25；碳载体的加入量与聚乙烯吡咯烷酮的比例为5g:1.8mol；水热反应的温度为80-120℃，时间为15-20h；还原性气氛为氩氢混合气，热处理的温度为300-400℃，时间为3-5h。
19、进一步地，阳极催化剂和阴极催化剂制备过程中使用到的碳载体为改性碳纳米管，通过如下步骤制备：
20、s1、将碳纳米管置于锥形瓶中，然后加入强酸，于50℃水浴中超声处理6h，待混合物冷却至室温后加入去离子水稀释，离心分离、并依次用乙醇和去离子水洗涤3-4次，最后于60℃真空烘箱中干燥至恒重，研磨，得到酸化碳纳米管；强酸为质量分数98％的浓硫酸与质量分数37.5％的浓盐酸按照体积比5:1复配得到的混合物；碳纳米管、强酸的用量之比为1g:12ml；
21、一方面，酸化能够对碳纳米管进行一定程度的腐蚀，形成细小的微孔，有助于金属氧化物的负载；另一方面，酸化能够在碳纳米管表面形成-oh、-cooh等含氧基团，有助于后续硅烷偶联剂的接枝；
22、s2、将酸化碳纳米管和硅烷偶联剂kh580分散于体积分数为80％的乙醇水溶液中，超声处理30min，再于75℃下搅拌回流2h，离心分离，并用无水乙醇反复洗涤3-4次，烘干，研磨，得到预处理碳纳米管；酸化碳纳米管、kh580的用量之比为10g:23.8g；
23、通过硅烷偶联剂kh580在碳纳米管表面接枝γ-巯丙基分子链，端处为-sh基团，为后续反应奠定反应位点；
24、s3、将预处理碳纳米管和aibn(偶氮二异丁腈)分散于dmso中，超声处理30min，转移至烧瓶中，开启搅拌并加热，维持体系温度在70℃，向里缓慢滴入衣康酸的dmso溶液，滴加完毕后，继续在70℃条件下搅拌反应4h，反应结束后，离心分离、并用去离子水洗涤多次，干燥、研磨，得到改性碳纳米管；预处理碳纳米管、aibn和衣康酸的用量之比为10g:0.4g:13g；
25、在aibn作用下，预处理碳纳米管上的-sh与衣康酸分子上的不饱和碳碳双键发生巯基-烯的点击反应，在碳纳米管表面引入有机分子链，改性碳纳米管表面接枝的有机分子链如下所示：
26、
27、碳纳米管经过改性后，表面本身含有-cooh基团，但是此类基团由于直接与碳纳米管相连，其上的h离子难以电离，但是经过后续的改性之后，在碳纳米管表面引入上述有机分子链，该分子链上含有多个-cooh基团，该羧基基团在水溶液中能够电离，形成-coo-，羧基负离子带负电荷，在水热反应过程中，能够通过静电吸引的作用与金属阳离子结合，而其上被酸蚀的微孔能进一步提高对金属阳离子的负载，从而获得负载金属氧化物高的前驱体，获得高负载量的nimncrtita高熵合金/高熵氧化物纳米材料。
28、本专利技术的有益效果：
29、本专利技术的阳极催化剂和阴极催化剂采用的都是高熵合金/高熵氧化物纳米材料，具备催化剂成本低，使用寿命长、催化活性好等优点；且本专利技术通过在催化剂合成过程中，加入改性碳纳米管作为碳载体，能够有效提升负载量，也即提升催化剂中有效成分的含量及密度，能够进一步提升催化效果，赋予电极高效的电解制氢能力。
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1.一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，通过如下步骤制备：
2.根据权利要求1所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，所述阴极气体扩散层和阳极气体扩散层为碳布或碳纸，厚度为0.3-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，所述阴极催化层浆料包括阴极催化剂、粘结剂和分散剂，所述阳极催化层浆料包括阳极催化剂、粘结剂和分散剂。
4.根据权利要求3所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，所述阴极催化层中的阴极催化剂载量为0.7-1mg/cm2，所述阳极催化层中阳极催化剂载量为2-3mg/cm2。
5.根据权利要求3所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，所述粘结剂为全氟磺酸树脂溶液；所述全氟磺酸树脂溶液中全氟磺酸树脂质量为催化剂质量的20-30％；所述分散剂包括去离子水、乙醇、异丙醇中的一种或多种。
6.根据权利要求3所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，所述阴极催化剂通过如下步骤制备：
7.
8.根据权利要求6或7所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，阳极催化剂和阴极催化剂制备过程中使用到的碳载体为改性碳纳米管，通过如下步骤制备：
...【技术特征摘要】
1.一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，通过如下步骤制备：
2.根据权利要求1所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，所述阴极气体扩散层和阳极气体扩散层为碳布或碳纸，厚度为0.3-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，所述阴极催化层浆料包括阴极催化剂、粘结剂和分散剂，所述阳极催化层浆料包括阳极催化剂、粘结剂和分散剂。
4.根据权利要求3所述的一种高熵合金氧化物的水电解制氢膜电极，其特征在于，所述阴极催化层中的阴极催化剂载量为0.7-1mg/cm2，所述阳极催化层中阳极催化剂载量为2-3mg/cm2。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈星宏，陈国栋，
申请(专利权)人：中瑞国能科技东莞有限公司，
类型：发明
国别省市：
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