一种基于绝缘织物基底的镍基电极及其制备方法与应用与流程

本发明属于电催化分解水产氢，涉及电催化分解水产氢的电极，具体涉及一种基于绝缘织物基底的镍基电极及其制备方法与应用。

背景技术：

1、公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

2、电催化分解水产氢因其清洁无污染在解决能源危机和环境污染问题上备受关注，其电极材料多为铂、铑等贵金属催化剂，并通过沉积、旋涂等方式负载在导电玻璃、泡沫镍、碳布等电极基底上，且运行需要电力驱动。相较于主流的高污染的煤炭制氢及天然气、甲醇制氢，电解水制氢的成本较为高昂，限制了电解水制氢的工业化应用。采用低成本且性能与贵金属相当的非贵金属材料作为电解水催化剂，并将其负载在相对便宜的电极基底上是降低电极成本的普遍考虑。

3、发明人所在的研究组通过在前研究展示了一种电解水的电极，该电极以口罩无纺布(聚丙烯无纺布)为基底，在基底表面依次沉积sns2和金属镍，该电极展现了高效率的产氢和产氧性能。然而，经过发明人研究发现，该电极对聚丙烯制成无纺布的要求较高；电极尺寸较小(<1cm2)；同时其电解水产氢的稳定性有待进一步提高，因此该电极的成本、尺寸以及产氢稳定性均限制了其在工业化中的应用。

技术实现思路

1、为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于绝缘织物基底的镍基电极及其制备方法与应用，能够进一步降低成本，具有尺寸更大(>10cm2)，而且产氢稳定性更高的优势，能够满足能长期稳定运行、低成本、模块化(>10cm2)的基本要求，有利于工业化应用。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

3、一方面，一种基于绝缘织物基底的镍基电极，以芳纶织物作为基底，在所述基底表面附着sns2半导体层，所述sns2半导体层表面附着金属镍；采用cu kα单色辐射后的x射线衍射图谱中含有(101)、(110)、(102)的sns2特征衍射峰和(111)、(200)、(220)的金属ni特征衍射峰。

4、芳纶纤维的学名为芳香族聚酰胺纤维，是由芳香环和酰胺键互相连接所构成的合成型线型高分子聚合物。芳纶纤维的化学结构中，主体结构中大共轭的苯环存在，使得分子链段难以内旋转，从而呈现一种线性刚性结构；含芳环结构的聚合物链呈伸展状态，可以在有限空间内沿纤维轴向多层堆叠，从而拥有较高的强度。芳纶纤维的化学结构特点，使得其具有优异的物理化学性质，具有超高强度、耐酸耐碱、抗老化等优点，其中，对位芳纶强度为钢丝的5～6倍，模量为钢丝的2～3倍，韧性是钢丝的2倍，且密度小于钢丝。

5、首先，本发明采用芳纶织物作为电极基底，比常规的电极基底，如碳纤维、碳布、碳毡、透明导电玻璃、泡沫镍等，具有成本低的优势；其次，通过附着sns2半导体层，并在其表面附着金属镍，能够实现基于绝缘织物基底的大尺寸电极的制备。

6、另外，通过实验证明，与本发明在前研究提供的口罩无纺布制备的电极相比，本发明提供的基于芳纶织物为基底的镍基电极具有更为有优异的稳定运行性能，即稳定运行性能更长。

7、另一方面，一种基于绝缘织物基底的镍基电极的制备方法，包括如下步骤：

8、将芳纶织物进行碱热前处理；

9、以碱热前处理后的芳纶织物为基底，通过溶剂热的方法制备sns2，获得sns2/芳纶；

10、以sns2/芳纶作为基底进行电沉积金属镍，即得。

11、第三方面，一种上述基于绝缘织物基底的镍基电极在电催化降解水制氢中的应用。

12、本发明的有益效果为：

13、本发明采用芳纶织物作为电极基底，低成本且催化性能优异的金属镍作为电解水的电催化剂，通过连续的溶剂热-电沉积两步法，制备得到了具有丰富的纳米片形貌的1～18cm2的大尺寸ni/sns2/织物电极，在碱性电解液中，ni/sns2/织物电极表现出优异的电催化水产氧和还原水产氢性能。

14、本发明采用芳纶织物可以为废旧的芳纶织物，不但实现了变废为宝，还解决了废旧织物所造成的回收和环境压力。

15、本发明采用的溶剂热-电沉积两步法相较于传统的化学镀法，操作流程简单，电镀液组成简单且性质稳定可重复使用，环境友好；制备的电极表面纳米形貌丰富，催化剂厚度和形貌可控；制备的电极其电催化性能优异，稳定性高。

技术特征：

1.一种基于绝缘织物基底的镍基电极，其特征是，以芳纶织物作为基底，在所述基底表面附着sns2半导体层，所述sns2半导体层表面附着金属镍；采用cu kα单色辐射后的x射线衍射图谱中含有(101)、(110)、(102)的sns2特征衍射峰和(111)、(200)、(220)的金属ni特征衍射峰。

2.如权利要求1所述的基于绝缘织物基底的镍基电极，其特征是，所述sns2半导体层由sns2纳米片阵列构成。

3.一种基于绝缘织物基底的镍基电极的制备方法，其特征是，包括如下步骤：

4.如权利要求3所述的基于绝缘织物基底的镍基电极的制备方法，其特征是，碱热前处理的过程为：将芳纶织物加入至碱性溶液中加热超声处理。

5.如权利要求3所述的基于绝缘织物基底的镍基电极的制备方法，其特征是，溶剂热法采用的原料包括硫代乙酰胺、锡盐；

6.如权利要求3所述的基于绝缘织物基底的镍基电极的制备方法，其特征是，电沉积金属镍三电极配置中进行。

7.如权利要求3所述的基于绝缘织物基底的镍基电极的制备方法，其特征是，电沉积金属镍采用的镀镍溶液中包括硫酸镍、氯化镍和硼酸。

8.如权利要求3所述的基于绝缘织物基底的镍基电极的制备方法，其特征是，电沉积金属镍的过程为：先对工作电极施加恒电压，使镀镍溶液中的ni2+在工作电极表面发生原位还原反应生成金属镍；然后施加恒电流，使金属镍在工作电极表面进一步原位生长。

9.如权利要求3所述的基于绝缘织物基底的镍基电极的制备方法，其特征是，对sns2/芳纶进行zn/h2的化学还原处理，将表面的sns2还原为fexsny，得到fexsny/芳纶，然后采用fexsny/芳纶进行电沉积金属镍。

10.一种权利要求1或2所述的基于绝缘织物基底的镍基电极或权利要求3～9任一所述的制备方法获得的基于绝缘织物基底的镍基电极在电催化降解水制氢中的应用。

技术总结本发明属于电催化分解水产氢技术领域，涉及电催化分解水产氢的电极，具体涉及一种基于绝缘织物基底的镍基电极及其制备方法与应用。以芳纶织物作为基底，在所述基底表面附着SnS<subgt;2</subgt;半导体层，所述SnS<subgt;2</subgt;半导体层表面附着金属镍；采用Cu Kα单色辐射后的X射线衍射图谱中含有(101)、(110)、(102)的SnS<subgt;2</subgt;特征衍射峰和(111)、(200)、(220)的金属Ni特征衍射峰。本发明能够进一步降低成本，具有尺寸更大，而且产氢稳定性更高的优势，能够满足能长期稳定运行、低成本、模块化(>10cm<supgt;2</supgt;)的基本要求，有利于工业化应用。技术研发人员：麻祎蒙,袁玉玲,毛志平,徐红,钟毅,刘琳受保护的技术使用者：山东中康国创先进印染技术研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27