一种用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法。本发明专利技术的制备方法包括：以金属泡沫为基底，经预处理后，作为工作电极，以Ni

【技术实现步骤摘要】
一种用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法，属于电解水析氢


技术介绍

[0002]当今社会能源和气候问题日益严峻，世界各国都在寻找解决当前问题的途径。氢能被认为是解决上述问题的出路之一，正在发挥着越来越重要的作用。对于电解水析氢反应，最有效的是基于贵金属铂所合成的催化剂，但由于其储量低、成本高的问题，限制了材料的大规模应用。因此开发一种高效稳定且廉价的非贵重金属析氢催化剂作为替代就显得尤为重要。过渡金属磷化物由于具有原料储量丰富、成本低廉以及催化析氢性能相对较好的特性受到广泛的关注。但同时过渡金属磷化物也普遍存在着稳定性相对较差，部分材料制备过程繁琐且合成成本相对较高等问题。其中，由于镍钴金属是目前制备电解水催化剂普遍使用的过渡金属元素。因此，制备基于高效、廉价、稳定的镍钴磷析氢电催化剂对于本领域内的工业发展具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是：针对现有镍钴磷析氢电催化剂存在过电位大、稳定性差的问题，提出一种采用电化学法与低温磷化相结合的方法制备一种稳定性高、过电位低的析氢电催化剂。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：将金属泡沫基底进行预处理；
[0006]步骤2：配制含有Ni
2+
、Co
2+
和PO
23
‑
的混合溶液；
[0007]步骤3：以步骤1中预处理后的金属泡沫基地作为工作电极，以步骤2中配制的混合溶液作为电解质溶液，在三电极体系下进行电化学沉积，得到沉积有镍钴磷电催化剂的金属泡沫电极，即镍钴磷金属泡沫电极；
[0008]步骤4：将磷源和步骤3所得的镍钴磷金属泡沫电极置于同一容器中并分开放置，然后在惰性氛围并低于400℃的条件下进行磷化反应，得到经低温磷化后的镍钴磷金属泡沫电极。
[0009]优选地，所述步骤1中的预处理包括依次经过酸洗去除金属泡沫基底表面氧化物、丙酮清洗、乙醇清洗、去离子水清洗和干燥。
[0010]优选地，所述步骤2中Ni
2+
、Co
2+
和PO
23
‑
的摩尔比为7：3：6，所述Ni
2+
的摩尔浓度为0.035～0.14M。
[0011]优选地，所述步骤3中的三电极体系以碳纸为辅助电极，Ag/AgCl电极为参比电极。
[0012]优选地，所述步骤3中电化学沉积采用的是循环伏安法，所述循环伏安法的扫描范围为
‑
0.5V～
‑
1.2V(相对于Ag/AgCl参比电极)，扫速为0.01V/s，扫描循环次数为25～200
次。
[0013]优选地，所述步骤4中的磷源为次磷酸纳或其水合物，所述次磷酸纳或其水合物的投料量是按照步骤2中的PO
23
‑
的摩尔量的10％～70％进行计算。
[0014]优选地，所述步骤4中磷化反应的温度为300～350℃，时间为1～3h。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0016](1)本专利技术采用电化学法与低温磷化相结合的方法，低温磷化后能够进一步增加电催化剂在碱性电解液中的电化学性能，提高其导电性和稳定性，增加了电子传输速率；从而制备出一种高效电解析氢催化剂，降低了碱性电解水催化剂的过电位，提高了电流密度，改进和提高了现有电解水析氢催化剂在碱性电解液中析氢反应的催化活性和稳定性；
[0017](2)本专利技术制备的催化电极催化剂与基体结合牢固，催化活性和电化学稳定性好，使用寿命长，此外，本专利技术的制备工艺简单、原料廉价易得、易于工业化，在电解水析氢领域具有规模化应用前景。
附图说明
[0018]图1是泡沫镍(Ni Form)、对比例1的磷化泡沫镍(NiP)、对比例2的NiCoP/NF、对比例3的NiCoP/NF annealing及实施例1制备的低温磷化后镍钴磷金属泡沫电极的XRD图谱；
[0019]图2是不同电化学循环沉积条件下的NiCoP泡沫镍电极的全电池析氢极化曲线；
[0020]图3是实施例1制备的NiCoP泡沫镍电极的稳定性测试；
[0021]图4是实施例1制备的NiCoP泡沫镍电极在进行240h稳定性测试前后的性能对比；
[0022]图5是实施例1制备的NiCoP泡沫镍电极在进行1000次循环电化学测试前后的性能对比。
具体实施方式
[0023]为使本专利技术更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
[0024]实施例1
[0025]一种用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备：
[0026](1)将市售的镍泡沫进行清洗，清洗过程包括酸洗、丙酮清洗、乙醇清洗。5％HCl洗液的配置方法为：33％浓盐酸：去离子水＝1：5.6，在室温下超声清洗10min，酸洗后需用去离子水冲洗，然后分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min，随后50℃下真空干燥备用。
[0027](2)将1.84g NiSO4·
6H2O、0.84g CoSO4·
7H2O、6.36g NaH2PO2·
H2O加入到250mL烧杯中，加入去离子水100mL，搅拌30min使其充分溶解，将处理后的镍泡沫浸入上述配制的镀液中并作为工作电极，碳纸为辅助电极，Ag/AgCl电极为参比电极，采用CHI760E电化学工作站进行催化剂的制备。使用循环伏安法，扫描范围为
‑
0.5V～
‑
1.2V(相对于Ag/AgCl参比电极)，扫速为0.01V/s，进行100cycle的扫描循环次数以合成镍钴磷电催化剂，最后将电极置于去离子水中浸泡10min，用无水乙醇淋洗并干燥，得到镍钴磷金属泡沫电极。
[0028](3)将一个含有2.0g的NaH2PO2·
H2O的小尺寸的石英舟置于大尺寸石英坩埚的一端，将得到的电沉积的镍钴磷金属泡沫电极置于大尺寸石英坩埚的另一侧，随后将石英坩埚加盖并用铝箔纸包裹置于管式炉内。采用N2作为反应的载气，升温速率为1℃/min升温至300℃并维持反应2h，反应完成后停止加热并自然冷却至室温，得到经低温磷化后镍钴磷金
属泡沫电极。
[0029]对比例1
[0030]磷化泡沫镍(NiP/NF)的制备：
[0031](1)将市售的镍泡沫进行清洗，清洗过程包括酸洗、丙酮清洗、乙醇清洗。5％HCl洗液的配置方法为：33％浓盐酸：去离子水＝1：5.6，在室温下超声清洗10min，酸洗后需用去离子水冲洗，然后分别用丙酮、乙醇、去离子水超声清洗10min，随后50℃下真空干燥备用。
[0032](2)将一个含有2.0g的NaH2PO2·
H2O的小尺寸的石英舟置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将金属泡沫基底进行预处理；步骤2：配制含有Ni
2+
、Co
2+
和PO
23
‑
的混合溶液；步骤3：以步骤1中预处理后的金属泡沫基地作为工作电极，以步骤2中配制的混合溶液作为电解质溶液，在三电极体系下进行电化学沉积，得到沉积有镍钴磷电催化剂的金属泡沫电极，即镍钴磷金属泡沫电极；步骤4：将磷源和步骤3所得的镍钴磷金属泡沫电极置于同一容器中并分开放置，然后在惰性氛围并低于400℃的条件下进行磷化反应，得到经低温磷化后的镍钴磷金属泡沫电极。2.如权利要求1所述的用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤1中的预处理包括依次经过酸洗去除金属泡沫基底表面氧化物、丙酮清洗、乙醇清洗、去离子水清洗和干燥。3.如权利要求1所述的用于高效电解水析氢的镍钴磷电催化剂的制备方法，其特征在于，所述步骤2中Ni
2+
、Co
2+
和PO
23
‑
的摩尔比为7：3：6，所述Ni
2+

【专利技术属性】
技术研发人员：林柏霖，肖彦军，柳泽智，
申请(专利权)人：上海科技大学，
类型：发明
国别省市：