一种防止钛氢化的方法

本发明涉及电解水产氢，具体涉及一种防止钛氢化的方法。

背景技术：

1、氢能源是替代化石能源的候选能源之一，具有无污染、热值高等优势。利用可再生能源转换的电能进行电解水产氢制备的氢气纯度高。质子交换膜电解槽电解水制氢技术具有电流密度高、系统设计紧凑、系统响应快等优点，作为工业电解槽受到广泛的关注。质子交换膜电解槽的主要组成部分有：阴极集流板、阳极集流板、阴极流场板、阳极流场板、阴极传输层、阳极传输层、质子交换膜、阴极催化层和阳极催化层。其中，质子交换膜电解槽的阴极流场板和传输层主要采用钛板、钛网、钛毛毡、钛纤维纸等钛金属材料，实现气体(氢气)和液体的流通。然而，钛金属在阴极产氢过程中会转化为氢化钛，导致结构的改变，长时间运行后会发生结构脆裂，称为氢脆现象。这种钛氢化反应会严重影响阴极流场板和传输层进行气体和液体流通的功能，导致质子交换膜电解槽性能下降和稳定性变差。

2、目前，电解水制氢中防止钛金属材料氢化的方法主要有两种：一种是在钛基底中加入贵金属形成合金，但是该方法成本高，而且一旦有破损出现腐蚀，氢化速度可能比纯钛更严重；另一种是在钛基底表面制备氧化钛层，但目前的氧化钛层与钛基底的结合不够紧密，两者之间产生界面，不紧密的界面上的电子传输缓慢，因此导致差的导电性。如果在钛金属上原位负载一层氧化钛薄层，可解决钛基底与氧化钛层结合不紧密的问题。氧化钛有板钛型、锐钛型和金红石型三种晶型，其应用范围较广，可用于功能性陶瓷、光催化剂、涂料、添加剂、填料等多个领域。但氧化钛导电性不如钛金属，在钛金属上包覆氧化钛会影响钛金属的导电性，进而影响电解水制氢的效率。因此，需要在钛基底上原位制备一层纳米级别的氧化钛薄层，既保护钛金属不被氢化，又不影响电解水制氢的效率。

技术实现思路

1、针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种防止钛氢化的方法。本发明采用水热法在钛传输层上原位制备二氧化钛，使二氧化钛能够更均匀、密实地将钛传输层全部包覆，且包覆层的厚度是纳米级别的，电阻值小、不影响传输层的导电性能。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一方面，提供一种防止钛氢化的方法，所述方法为：将钛基底浸没于含有磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的水溶液中进行水热反应，使钛基底上均匀包覆一层二氧化钛，以防止钛氢化。

4、优选的，所述水溶液中磷酸氢二钠和磷酸二氢钠的摩尔比为2：(0.2～1.0)；所述水溶液中磷酸氢二钠的浓度为0.6～0.9mol/l。

5、优选的，所述钛基底为钛网、钛毛毡、钛纤维纸中的一种或多种；每平方厘米的钛基底加入到36ml含有磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的水溶液中。

6、优选的，所述钛基底为钛板；每平方厘米的钛基底加入到36ml含有磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的水溶液中。

7、优选的，所述水热反应的温度为190～210℃，时间为2～48h。

8、本发明的第二方面，提供上述方法制备得到的阴极流场板，所述阴极流场板为均匀密实地包覆二氧化钛层的钛板。

9、优选的，所述二氧化钛层的平均厚度为50～200nm；所述二氧化钛层中的二氧化钛为锐钛矿相；所述钛板上带有至少一个凹槽。

10、本发明的第三方面，提供上述方法制备得到的阴极传输层，所述阴极传输层为均匀密实地包覆二氧化钛层的多孔钛基底。

11、优选的，所述二氧化钛层的平均厚度为50～200nm；所述二氧化钛层中的二氧化钛为锐钛矿相；所述多孔钛基底为钛网、钛毛毡、钛纤维纸中的一种或多种。

12、本发明的第四方面，提供阴极流场板或阴极传输层在制备质子交换膜电解槽中的应用。

13、本发明的有益效果：

14、(1)本发明制备的二氧化钛传是将钛基底表面转化或生长一层纳米级薄层。该二氧化钛包覆层可均匀且密实地包覆在钛基底上而且由于二氧化钛的包裹不会发生氢化，具有稳定的结构。钛基底在作为阴极传输层使用时，二氧化钛层不影响阴极传输层气体和液体的流通。

15、(2)本发明在钛基底上制备氧化钛的方法简单，结构稳定，用于质子交换膜电解槽，可以大幅度提高电解槽的稳定性，促进工业电解槽的应用和氢能源的发展。

技术特征：

1.一种防止钛氢化的方法，其特征在于，所述方法为：将钛基底浸没于含有磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的水溶液中进行水热反应，使钛基底上均匀包覆一层二氧化钛，以防止钛氢化。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水溶液中磷酸氢二钠和磷酸二氢钠的摩尔比为2：(0.2～1.0)；所述水溶液中磷酸氢二钠的浓度为0.6～0.9mol/l。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钛基底为钛网、钛毛毡、钛纤维纸中的一种或多种；每平方厘米的钛基底加入到36ml含有磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的水溶液中。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述钛基底为钛板；每平方厘米的钛基底加入到36ml含有磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的水溶液中。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水热反应的温度为190～210℃，时间为2～48h。

6.一种阴极流场板，其特征在于，所述阴极流场板为均匀密实地包覆二氧化钛层的钛板；所述阴极流场板的制备方法为：

7.根据权利要求6所述的阴极流场板，其特征在于，所述二氧化钛层的平均厚度为50～200nm；所述二氧化钛层中的二氧化钛为锐钛矿相；所述钛板上带有至少一个凹槽。

8.一种阴极传输层，其特征在于，所述阴极传输层为均匀密实地包覆二氧化钛层的多孔钛基底；所述阴极传输层的制备方法为：

9.根据权利要求8所述的阴极传输层，其特征在于，所述二氧化钛层的平均厚度为50～200nm；所述二氧化钛层中的二氧化钛为锐钛矿相；所述多孔钛基底为钛网、钛毛毡、钛纤维纸中的一种或多种。

10.权利要求6或7所述的阴极流场板，或权利要求8或9所述的阴极传输层在制备质子交换膜电解槽中的应用。

技术总结本发明公开了一种防止钛氢化的方法。将钛基底浸没于含有磷酸二氢钠和磷酸氢二钠的水溶液中进行水热反应，使钛基底上均匀致密地包覆一层二氧化钛，以防止钛氢化。所述水溶液中磷酸氢二钠和磷酸二氢钠的摩尔比为2：(0.2～1.0)；所述水溶液中磷酸氢二钠的浓度为0.6～0.9mol/L；所述钛基底为钛板、钛网、钛毛毡、钛纤维纸中的一种或多种。上述方法制备得到的阴极流场板或阴极传输层中，二氧化钛的平均厚度为50～200nm，晶相为锐钛矿相。本发明采用水热法在钛传输层上原位制备氧化钛，使氧化钛能够更均匀、密实地将钛传输层全部包覆，且包覆层的厚度是纳米级别的，电阻值小，不影响传输层的导电性能。技术研发人员：周伟家,袁海凤,唐震飞,李家伟,刘晓燕,赵莉莉受保护的技术使用者：济南大学技术研发日：技术公布日：2024/5/8