外加磁场高析氢性能的多孔催化剂及其制备和使用方法技术

一种外加磁场高析氢性能的多孔催化剂及其制备和使用方法，催化剂为孔状结构的Co

【技术实现步骤摘要】
外加磁场高析氢性能的多孔催化剂及其制备和使用方法


[0001]本专利技术属于电解水制氢的新能源
，具体涉及一种外加磁场高析氢性能的多孔催化剂及其制备和使用方法。

技术介绍

[0002]随着能源需求的不断增大以及环境污染的日益严峻，发展清洁、高效的可再生能源迫在眉睫。氢气作为理想燃料，是替代化石燃料清洁能源的最佳载体。电解水制取氢气的方法最为简单、高效、清洁。现阶段制氢气的三种主要方式为电解水制氢、化石能源制氢、生物能制氢。其中电解水制氢具有纯度高、成本低且环保等优势，但制氢过程的能耗问题也不可忽略。
[0003]目前Pt基催化剂与其他催化剂相比，其催化效率最高。然而，高成本和稀缺性阻碍了其大规模商业应用，因此，急需开发价格低廉且高效的电催化剂。近年来，过渡金属磷化物越来越受到关注，原因在于磷化物价格低廉且导电性好；理论研究结果表明：镍基和钴基催化剂催化活性优于绝大多数过渡金属，并且其地球存储量也相对较高。
[0004]电解水析氢反应(HER)需要较高的过电位才能进行，而缓慢的反应动力学过程限制着整个电解水反应的速率，因此迫切需要寻找一种方法提升反应速率。改善催化剂性能的方法主要可分为三种途径：电子结构调控、形貌构筑和电极界面优化，但这些方法都是从材料内在本质入手，通过增加电解液中离子和催化剂的接触面积、活性位点数量、材料导电性来达到降低过电位、加快电子转移的目的，其性能提高程度十分有限且制备流程大多复杂繁琐、成本高、形貌结构不易控制等，不利于工业大电流密度下使用。如何简单高效地实现电解水析氢反应催化剂的高效、低成本是困扰研究人员的瓶颈问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种外加磁场高析氢性能的多孔催化剂及其制备和使用方法。
[0006]本专利技术的外加磁场高析氢性能的多孔催化剂为孔状结构的Co
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P/Ni/NF，由沉积后的泡沫镍及其表面沉积的Co
‑
P组成，所述的沉积后的泡沫镍由镍基体表面沉积镍形成；Co
‑
P/Ni/NF中Ni、Co和P的摩尔比为1:(0.2～0.4):(0.01～0.04)；外加磁场高析氢性能的多孔催化剂的表面粗糙度为5～10μm。
[0007]上述的外加磁场高析氢性能的多孔催化剂的比表面积为10～15m2/g。
[0008]上述的外加磁场高析氢性能的多孔催化剂的孔隙率为60～80％。
[0009]本专利技术的外加磁场高析氢性能的多孔催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0010](1)将泡沫镍依次置于盐酸、丙酮、乙醇和去离子水中进行超声处理，然后干燥处理去除表面液体，制成预处理泡沫镍；
[0011](2)将氯化镍和氯化铵溶于去离子水中，混合均匀制成电沉积溶液；
[0012](3)采用电化学工作站，以预处理泡沫镍为工作电极，以石墨作参比电极和对电
极，将各电极置于电沉积溶液中，通电进行恒电流电沉积处理，使镍沉积在预处理泡沫镍的表面，制成沉积后的泡沫镍(Ni/NF)；
[0013](4)将硫酸钴、次磷酸钠和乙酸钠溶于去离子水中，混合均匀制成反应溶液；
[0014](5)采用电化学工作站，将沉积后的泡沫镍取出，洗涤干燥后，作为工作电极；以Pt电极作为对电极，Hg/HgO电极作为参比电极，将各电极置于反应溶液中，通电进行第二次恒电流电沉积处理，使钴和磷沉积在沉积后的泡沫镍的表面，制成外加磁场高析氢性能的多孔催化剂。
[0015]上述的步骤(1)中，进行超声处理时，每种液体进行超声处理的时间为5～15min。
[0016]上述的步骤(1)中，盐酸浓度为1～3mol/L。
[0017]上述的步骤(1)中，泡沫镍的尺寸为宽度0.5～1cm，长度1～3cm。
[0018]上述的步骤(1)中，干燥处理的温度为15～30℃，时间为6～10h。
[0019]上述的步骤(2)中，氯化镍的原料为六水合氯化镍。
[0020]上述的步骤(2)中，电沉积溶液中，按摩尔比氯化镍:氯化铵＝1:(20～100)。
[0021]上述的步骤(2)中，电沉积溶液中，按质量比氯化镍:去离子水＝(0.0025～0.0075):50。
[0022]上述的步骤(2)中，混合时采用超声处理和/或机械搅拌；其中，进行超声处理的时间为5～15min，进行搅拌的时间为30～60min。
[0023]上述的步骤(3)中，进行恒电流电沉积处理时，电流为
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0.5～
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1.5A，时间为100～500s。
[0024]上述的步骤(4)中，反应溶液中，按摩尔比硫酸钴:次磷酸钠:乙酸钠＝1:(6～20):1。
[0025]上述的步骤(4)中，硫酸钴的原料为七水合硫酸钴。
[0026]上述的步骤(4)中，次磷酸钠的原料为一水合次磷酸钠。
[0027]上述的步骤(4)中，按质量比硫酸钴:去离子水＝(0.0025～0.0075):50。
[0028]上述的步骤(4)中，混合时采用超声处理和/或机械搅拌；其中，进行超声处理的时间为5～15min，进行搅拌的时间为30～60min。
[0029]上述的步骤(5)中，进行第二次恒电流电沉积处理时，电流为
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0.5～
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1.5A，时间为10～30min。
[0030]上述的步骤(5)中，洗涤是将取出的沉积后的泡沫镍交替用无水乙醇和水各冲洗3～6次。
[0031]上述的步骤(5)中，干燥的温度为30～60℃，时间为30～60min。
[0032]本专利技术的外加磁场高析氢性能的多孔催化剂的使用方法包括以下步骤：
[0033](1)将外加磁场高析氢性能的多孔催化剂取出，洗涤干燥后，作为工作电极；以Pt电极作为对电极，Hg/HgO电极或SCE电极作为参比电极；
[0034](2)采用电化学工作站，将电解液置于电解槽中；将各电极置于电解液中，在电解池外施加均匀磁场，通电进行电解水析氢。
[0035]上述的使用方法的步骤(1)中，洗涤是将取出的沉积后的泡沫镍交替用无水乙醇和水各冲洗3～6次。
[0036]上述的使用方法的步骤(1)中，干燥的温度为30～60℃，时间为30～60min。
[0037]上述的使用方法的步骤(2)中，进行电解水析氢前，预先向电解液通入氮气，通入氮气的时间为30～60min。
[0038]上述的使用方法的步骤(2)中，均匀磁场的强度为100～500mT。
[0039]上述的使用方法的步骤(2)中，电解液为酸性电解液或碱性电解液；当电解液为酸性电解液时，SCE电极作为参比电极；当电解液为酸性电解液时，Hg/HgO电极作为参比电极。
[0040]上述的使用方法的步骤(2)中，电解液为酸性电解液或碱性电解液；当电解液为酸性电解液时，电解液为0.5M的H2SO4溶液，其pH＝0.3；当电解液为酸性电解液时，电解液为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外加磁场高析氢性能的多孔催化剂，其特征在于为孔状结构的Co
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P/Ni/NF，由沉积后的泡沫镍及其表面沉积的Co
‑
P组成，所述的沉积后的泡沫镍由镍基体表面沉积镍形成；Co
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P/Ni/NF中Ni、Co和P的摩尔比为1:(0.2～0.4):(0.01～0.04)；外加磁场高析氢性能的多孔催化剂的表面粗糙度为5～10μm。2.根据权利要求1所述的外加磁场高析氢性能的多孔催化剂，其特征在于其比表面积为10～15m2/g。3.根据权利要求1所述的外加磁场高析氢性能的多孔催化剂，其特征在于其孔隙率为60～80％。4.一种权利要求1所述的外加磁场高析氢性能的多孔催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)将泡沫镍依次置于盐酸、丙酮、乙醇和去离子水中进行超声处理，然后干燥处理去除表面液体，制成预处理泡沫镍；(2)将氯化镍和氯化铵溶于去离子水中，混合均匀制成电沉积溶液；(3)采用电化学工作站，以预处理泡沫镍为工作电极，以石墨作参比电极和对电极，将各电极置于电沉积溶液中，通电进行恒电流电沉积处理，使镍沉积在预处理泡沫镍的表面，制成沉积后的泡沫镍；(4)将硫酸钴、次磷酸钠和乙酸钠溶于去离子水中，混合均匀制成反应溶液；(5)采用电化学工作站，将沉积后的泡沫镍取出，洗涤干燥后，作为工作电极；以Pt电极作为对电极，Hg/HgO电极作为参比电极，将各电极置于反应溶液中，通电进行第二次恒电流电沉积处理，使钴和磷沉积在沉积后的泡...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁双，王钟，李成林，郝一帆，齐聪，王强，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：