泡沫电极材料以及制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种泡沫电极材料以及制备方法和应用。该泡沫电极材料包括金属泡沫基底以及原位生长在金属泡沫基底上的纳米线结构的金属化合物。本发明专利技术使用廉价过渡金属材料替代析氢反应中常用的贵金属材料，降低成本，并且提高了催化活性，降低电解能耗。降低电解能耗。降低电解能耗。

【技术实现步骤摘要】
泡沫电极材料以及制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及化学电池领域，尤其涉及一种泡沫电极材料以及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]氢因其高比能、低污染和可储存性等优点而被认为是一种有前途的能源解决方案，但目前用于制氢的方法仍然依赖于化石燃料，这加剧了资源枯竭和高碳排放的问题。新能源发电技术和用于析氢反应（HER）的水电解可以提供一种绿色和可持续的氢气生产方法，但由于缺乏具有高性能的非贵金属电催化剂而受到限制。目前主要的技术路线有碱水制氢、质子交换膜电解制氢、高温固体氧化物电解制氢。
[0003]在工业碱性电解水的应用中，金属泡沫电极由于其具有廉价、低密度、高比表面积等优势被广泛应用。但传统泡沫镍电极的本征催化活性不足，因此常作为高活性材料的载体使用，但活性材料与载体机械结合强度有限，容易造成组分脱落。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供一种泡沫电极材料以及制备方法和应用。
[0005]具体地，本专利技术是通过如下技术方案实现的：根据本专利技术的第一方面，提供了一种泡沫电极材料，包括金属泡沫基底以及原位生长在金属泡沫基底上的纳米线结构的金属化合物。
[0006]本专利技术提供的泡沫电极材料，具体包括：金属泡沫基底和原位生长在金属泡沫基底上的纳米线结构的金属化合物。本专利技术使用廉价过渡金属材料替代析氢反应中常用的贵金属材料，降低成本，并且提高了催化活性，降低电解能耗。
[0007]在一些实施例中，金属泡沫基底选自泡沫镍基底、泡沫钼基底或泡沫钴基底中的至少一种。
[0008]在该实施例中，金属泡沫基底可以为泡沫镍基底、泡沫钼基底以及泡沫钴基底中的至少一种。
[0009]在一些实施例中，金属化合物选自S和/或C取代的金属磷化物。
[0010]在该实施例中，金属化合物可以为磷（P）和/或碳（C）所取代的金属磷化物。
[0011]在一些实施例中，金属化合物中，Ni元素、P元素和S元素的摩尔比为6：2：1。
[0012]在该实施例中，金属化合物可以由Ni元素、P元素以及S元素组成，并且其摩尔比为：6：2：1。进一步地，由于其制备方法中的温度因素或重量因素的影响，金属化合物中Ni元素、P元素和S元素的摩尔比也可以为6：3：1。
[0013]根据本专利技术的第二方面，提供了一种泡沫电极材料的制备方法，包括如下步骤：将金属泡沫基底进行预处理，去除所述金属泡沫基底的表面氧化物；将预处理后的金属泡沫基底在包含单质P以及单质S和/或单质C的混合单质的存在下进行热处理。
[0014]本专利技术提供的泡沫电极材料的制备方法，具体包括以下步骤：由于金属泡沫基底的表面可能会存在氧化物，若直接使用金属泡沫基底进行制备，金属泡沫基底的表面氧化
物会与其他物质发生化学反应从而影响了制备结果，因此需要先对金属泡沫基底进行预处理，去除金属泡沫基底的表面氧化物。然后将预处理后的金属泡沫基底在包含单质P以及单质S和/或单质C的混合单质的存在下进行热处理，即将预处理后的金属泡沫基底和包括有单质P以及单质S和/或单质C的混合单质一起进行热处理，从而使得预处理后的金属泡沫基底与混合单质发生化学反应，从而实现了使用廉价过渡金属材料替代析氢反应中常用的贵金属材料的技术效果，从而降低了成本，并且提高了催化活性，降低电解能耗。
[0015]在一些实施例中，金属泡沫基底选自泡沫镍基底、泡沫钼基底或泡沫钴基底中的至少一种。
[0016]在该实施例中，金属泡沫基底可以为泡沫镍基底、泡沫钼基底以及泡沫钴基底中的至少一种。
[0017]在一些实施例中，热处理包括：加热至第一预设温度维持第一预设时间；冷却至第二预设温度维持第二预设时间；加热至第三预设温度维持第三预设时间。
[0018]在该实施例中，将预处理后的金属泡沫基底在包含单质P以及单质S和/或单质C的混合单质的存在下进行热处理的步骤，包括：加热至第一预设温度并维持第一预设时间，从而使得混合单质中沸点较低的单质先转化为蒸汽，与金属泡沫基底发生化学反应，并附着在金属泡沫基底上。进一步地，冷却至第二预设温度维持第二预设时间，从而使得刚刚附着在金属泡沫基底上的生成物冷却成型。进一步地，再加热至第三预设温度维持第三预设时间，从而使得混合单质中剩下的单质转化为蒸汽，与金属泡沫基底发生化学反应，并附着在金属泡沫基底上。最终得到了金属泡沫基底和混合单质形成的泡沫电极材料。通过采用两次加热的方法获得金属泡沫基底和混合单质形成泡沫电极材料，使得混合单质中沸点较低的单质与沸点较高的单质分开与金属泡沫基底发生化学反应，避免了混合单质中不同单质先发生反应，从而影响最终结果。
[0019]在一些实施例中，第一预设温度为180℃至220℃；第一预设时间为5分钟至30分钟；第二预设温度为40℃至60℃；第二预设时间为0分钟至2分钟；第三预设温度为330℃至370℃；第三预设时间为50分钟至70分钟。
[0020]在该实施例中， 混合单质中的单质P的沸点为180℃至220℃，通过设置第一预设温度为180℃至220℃并维持5分钟至30分钟，从而能够使得单质P能够完全转化为蒸汽，与金属泡沫基底发生化学反应，并附着在金属泡沫基底上。其中，第一预设温度可以为190℃、200℃以及210℃，第一预设时间可以为10分钟，20分钟以及30分钟。进一步地，第二预设温度为40℃至60℃，第二预设时间为0
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2分钟。通过冷却至40℃至60℃并维持0到2分钟，从而使得刚刚附着在金属泡沫基底上的生成物冷却成型。其中，第二预设温度可以为40℃、50℃以及60℃，第二预设时间可以为1分钟以及2分钟。进一步地，第三预设温度为330℃至370℃；第三预设时间为50分钟至70分钟，通过再对金属泡沫基底和混合单质加热至330℃至370℃维持50分钟至70分钟，从而使得混合单质中单质S转化为蒸汽，与金属泡沫基底发生化学反应，并附着在金属泡沫基底上，最终得到了金属泡沫基底和混合单质形成的泡沫电极材料。其中，第三预设温度可以340℃、350℃以及360℃，第三预设时间可以为50分钟、60分钟或70分钟。通过采用两次加热的方法获得金属泡沫基底和混合单质形成泡沫电极材料，使得混合单质中单质P和单质S分开与金属泡沫基底发生化学反应，避免了混合单质中不同单质先发生反应，从而影响最终结果。
[0021]在一些实施例中，还包括在第三预设温度维持第三预设时间后冷却至20℃至35℃。
[0022]在该实施例中，在加热至第三预设温度维持第三预设时间后，即混合单质与金属泡沫基底完全发生化学反应后，还需要将温度冷却至20℃至35℃，从而使得附着在金属泡沫单质上的化合物冷却成型，从而得到最终的泡沫电极材料。
[0023]在一些实施例中，热处理在瓷舟或坩埚中进行。
[0024]在该实施例中，预处理后的金属泡沫基底在包含单质P以及单质S和/或单质C的混合单质的存在下进行热处理的场所可以为瓷舟或坩埚。瓷舟或坩埚可以承受高温并且还不易与金属泡沫基底和混合单质发生化学反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种泡沫电极材料，其特征在于，包括金属泡沫基底以及原位生长在所述金属泡沫基底上的纳米线结构的金属化合物。2.根据权利要求1所述的泡沫电极材料，其特征在于，所述金属泡沫基底选自泡沫镍基底、泡沫钼基底或泡沫钴基底中的至少一种。3.根据权利要求1所述的泡沫电极材料，其特征在于，所述金属化合物选自S和/或C取代的金属磷化物。4.根据权利要求3所述的泡沫电极材料，其特征在于，所述金属化合物中，Ni元素、P元素和S元素的摩尔比为6：2：1。5.一种泡沫电极材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将金属泡沫基底进行预处理，去除所述金属泡沫基底的表面氧化物；将预处理后的金属泡沫基底在包含单质P以及单质S和/或单质C的混合单质的存在下进行热处理。6.根据权利要求5所述的泡沫电极材料的制备方法，其特征在于，所述金属泡沫基底选自泡沫镍基底、泡沫钼基底或泡沫钴基底中的至少一种。7.根据权利要求5所述的泡沫电极材料的制备方法，其特征在于，所述热处理包括：加热至第一预设温度维持第一预设时间；冷却至第二预设温度维持第二预设时间；加热至第三预设温度维持第三预设时间。8.根据权利要求7所述的泡沫电极材料的制备方法，其特征在于，所述第一预设温度为180℃至220℃；所述第一预设时间为5分钟至30分钟；所述第二预设温度为40℃至60℃；所述第二预设时间为0分钟至2分钟；所述第三预设温度为330℃至370℃；所述第三预设时间为50分钟至70分钟。9.根据权利要求7所述的泡沫电极材料的制备方法，其特征在于，所述方法还包括在所述第三预设温度维持所述第三预设时间后冷却至20℃至35℃。10.根据权利要求5所述的泡沫电极材料的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王杭州，王建强，张林娟，段晨阳，郭育菁，胡勇，孙兰霞，
申请(专利权)人：中国石油天然气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：