基于腐蚀策略制备高效析氢电催化剂的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于腐蚀策略制备高效析氢电催化剂的制备方法，具体步骤为：用去离子水洗涤泡沫金属，再分别用无水乙醇和稀盐酸超声清洗得到物料A，其中泡沫金属为泡沫合金或泡沫铁；将硫酸锌和氯化钌加入到去离子水中，再将物料A置于溶液中，于室温搅拌后用去离子水和乙醇洗涤得到物料B；将物料B转移至烧杯中并加入碱性溶液浸泡得到物料C；将物料C用去离子水和无水乙醇洗涤，再置于80℃鼓风干燥箱中干燥，最终得到目标产物高效析氢电催化剂。本发明专利技术制备的高效析氢电催化剂在1mol L

【技术实现步骤摘要】
基于腐蚀策略制备高效析氢电催化剂的方法


[0001]本专利技术属于电解水析氢催化剂的制备
，具体涉及一种基于腐蚀策略制备高效析氢电催化剂的方法。

技术介绍

[0002]随着全球能源需求增长，传统化石燃料在带动经济飞速发展的同时，也带来了严重的能源短缺和环境污染等问题。电解水制氢被认为是一项绿色、清洁、具有巨大应用前景的技术，能够有效缓解当前的能源危机和环境污染问题。但是水分解的析氢反应(HER)，其自身存在较高的反应势垒，在热力学上是不易发生的。使用高效HER电催化剂来改善迟缓的反应动力学和降低过电势，可以有效解决上述问题。目前常用的贵金属电解水催化剂存在资源储量低和成本高的问题。因此，如何在提高材料催化活性的同时减少贵金属的使用成为电解水制氢领域的重要挑战。
[0003]电解水制氢常用的是粉末催化剂，但粉末催化剂在制备析氢电极过程中需要使用粘合剂(如Nafion溶液)，粘合剂的使用会导致一些活性中心被掩盖以及电荷转移阻力增大，进而使得催化剂的催化性能下降。与粉末催化剂相比，自支撑型电催化剂因其优异的电导率、良好的多孔结构和高比表面积而受到广泛关注。通常制备自支撑催化剂的方法有水热法、等离子体法、电沉积法和高温煅烧法等，但这些方法反应过程复杂、不环保且生产成本高，不利于调节催化剂的结构和性能。采用金属腐蚀的策略可以很好解决上述问题，该方法通过室温下金属的自发腐蚀过程来获得高效的催化剂。与泡沫镍和泡沫铁相比，泡沫合金(例如NiFe、CoNi和NiAl)由于不同金属位点的协同作用，电催化活性往往更高。因此，采用金属腐蚀策略，以NiFe合金泡沫作为基底，有望制备出高活性、高稳定性的析氢电催化剂。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是提供了一种工艺简单且成本低廉的基于腐蚀策略制备高效析氢电催化剂的方法，该方法在室温下利用金属的自发腐蚀过程，将NiFe合金泡沫浸泡在RuCl3/ZnSO4溶液中，在NiFe合金基底上原位生长腐蚀层，其中Zn
2+
可以促进腐蚀层的均匀生长，然后使用KOH或NaOH碱性溶液进行碱刻蚀除去锌物种，产生缺陷结构，最终制备出具有丰富活性位点的高效析氢反应电催化剂。
[0005]本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，基于腐蚀策略制备高效析氢电催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：
[0006]步骤S1：首先用去离子水洗涤泡沫金属，再分别用无水乙醇和稀盐酸超声清洗以去除泡沫金属表面有机分子和氧化物，得到物料A，其中泡沫金属为泡沫合金或泡沫铁；
[0007]步骤S2：将硫酸锌和氯化钌加入到去离子水中，采用磁力搅拌器充分搅拌得到混合溶液，再将步骤S1得到的物料A放置于上述混合溶液中，于室温搅拌，搅拌结束后用去离子水和乙醇洗涤，得到物料B；
[0008]步骤S3：将步骤S2得到的物料B转移至烧杯中并加入碱性溶液浸泡得到物料C；
[0009]步骤S4：将步骤S3得到的物料C用去离子水和无水乙醇洗涤，再置于80℃鼓风干燥箱中干燥，最终得到目标产物高效析氢电催化剂。
[0010]进一步优选，步骤S1中所述泡沫合金为镍铁合金，尺寸为1～9cm2。
[0011]进一步优选，步骤S2中所述混合溶液中硫酸锌和氯化钌的摩尔浓度分别为0～100mM和2mM，所述磁力搅拌器的转速为100～300rpm。
[0012]进一步优选，步骤S3中所述碱性溶液为氢氧化钾溶液或氢氧化钠溶液。
[0013]进一步优选，步骤S4中所述高效析氢电催化剂在1mol L
‑1KOH溶液中，仅需90～120mV过电位即能达到100mA cm
‑2电流密度，具有优异的电催化析氢性能。
[0014]本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
[0015]1、本专利技术在室温条件下利用金属的自发腐蚀过程，将NiFe合金泡沫浸泡在RuCl3/ZnSO4溶液中，在NiFe合金基底上原位生长腐蚀层，其中Zn
2+
可以促进腐蚀层的均匀生长，从而提高了所制备催化剂的电化学性能；
[0016]2、本专利技术利用NiFe合金泡沫为基底，相对于纯泡沫铁和纯泡沫镍来说，具有不同金属位点之间的协同作用，可以有效提升电极的电催化析氢活性；
[0017]3、本专利技术利用KOH溶液或NaOH溶液进行碱刻蚀除去锌物种，产生缺陷结构，产生了更多活性位点，显著提升了电极材料的析氢催化活性；
[0018]4、本专利技术制备的高效析氢电催化剂在1mol L
‑1KOH溶液中，仅需90～120mV过电位即能达到100mA cm
‑2电流密度，具有优异的电催化析氢性能。
附图说明
[0019]图1为实施例1制备的目标产物D1的扫描电镜图；
[0020]图2为实施例1
‑
2制备的目标产物D1
‑
D2的电化学阻抗图；
[0021]图3为实施例1
‑
4制备的目标产物D1
‑
D4的线性扫描伏安曲线图；
[0022]图4为实施例1和例2制备的目标产物D1、D2的腐蚀极化曲线图。
具体实施方式
[0023]以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。
[0024]实施例1
[0025]步骤S1：首先用去离子水洗涤泡沫NiFe合金(尺寸为2
×
2cm2)，然后分别用无水乙醇和稀盐酸超声清洗10min和25min以去除表面有机分子和氧化物，得到物料A1；
[0026]步骤S2：将氯化钌加入到30mL去离子水中，其中氯化钌的摩尔浓度为2mM，采用磁力搅拌器充分搅拌得到混合溶液，再将步骤S1得到的物料A1放置于上述混合溶液中，于室温搅拌180min，搅拌结束后用去离子水和乙醇洗涤，得到物料B1；
[0027]步骤S3：将步骤S2得到的物料B1转移至烧杯中并加入氢氧化钾溶液浸泡3h，得到物料C1；
[0028]步骤S4：将步骤S3得到的物料C1用去离子水和无水乙醇洗涤，然后置于80℃鼓风
干燥箱中干燥3h，得到目标产物D1。
[0029]实施例2
[0030]步骤S1：首先用去离子水洗涤泡沫NiFe合金(尺寸为2
×
2cm2)，然后分别用无水乙醇和稀盐酸超声清洗10min和25min以去除表面有机分子和氧化物，得到物料A2；
[0031]步骤S2：将硫酸锌和氯化钌加入到30mL去离子水中，其中硫酸锌的摩尔浓度为50mM，氯化钌的摩尔浓度为2mM，采用磁力搅拌器充分搅拌得到混合溶液，再将步骤S1得到的物料A2放置于上述混合溶液中，于室温搅拌180min，搅拌结束后用去离子水和乙醇洗涤，得到物料B2；
[0032]步骤S3：将步骤S2得到的物料B2转移至烧杯中并加入氢氧化钾溶液浸泡3h，得到物料C2；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于腐蚀策略制备高效析氢电催化剂的制备方法，其特征在于具体步骤为：步骤S1：首先用去离子水洗涤泡沫金属，再分别用无水乙醇和稀盐酸超声清洗以去除泡沫金属表面有机分子和氧化物，得到物料A，其中泡沫金属为泡沫合金或泡沫铁；步骤S2：将硫酸锌和氯化钌加入到去离子水中，采用磁力搅拌器充分搅拌得到混合溶液，再将步骤S1得到的物料A放置于上述混合溶液中，于室温搅拌，搅拌结束后用去离子水和乙醇洗涤，得到物料B；步骤S3：将步骤S2得到的物料B转移至烧杯中并加入碱性溶液浸泡得到物料C；步骤S4：将步骤S3得到的物料C用去离子水和无水乙醇洗涤，再置于80℃鼓风干燥箱中干燥，最终得到目标产物高效析氢电催化剂。2.根据权利要求1所述的基于腐蚀策略制备高效析氢电催化剂的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：高书燕，李晓沣，刘旭坡，张翠翠，杨天芳，王冉，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：