一种镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备方法及装置

本发明涉及一种镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备方法及装置，属于电催化材料。

背景技术：

1、目前得到广泛商业应用的her催化剂为炭黑或活性炭负载的pt纳米颗粒(pt/c)。通过将炭黑或活性炭作为载体与氯铂酸溶液混合，再经过干燥、还原、热处理、洗涤等步骤，获得pt/c催化剂(粒径约为3～5nm的pt纳米颗粒分布于碳载体表面)。但由于pt资源有限、表面易积聚有害物质(如硫化物、碳单体等)及pt基催化剂易受海水腐蚀等缺点，开发具有高her(阴极析氢反应)活性且能够替代pt的非贵金属催化剂，是当前电解海水制氢的核心研究方向之一。

2、过渡金属磷化物(tmps)能够在高电流密度下电解海水产生氢气，是一种高效的非贵金属催化剂。在过渡金属基催化剂族中，镍基催化剂(如镍基合金、镍基氧化物、镍基氢氧化物、镍基磷化物、镍基硫化物及其杂化体)已经被报道具有高效的her电催化活性。其中，镍基磷化物凭借高化学稳定性、良好的电导率和出色的her活性，具有很大的应用前景。

3、当前电沉积主要有恒电位沉积、恒电流沉积、循环伏安沉积和脉冲沉积等方法，而恒电位沉积指电极被设定在某一特定的沉积电位，并在该沉积电位下进行沉积。通过控制沉积电位，可以控制沉积物的组成和结构。在恒电位沉积过程中电极电流的变化可以反映电极表面的反应动力学，如果电流随着时间的增加而减小，可能表明反应接近完成或者有阻挡层形成，如果电流波动较大，可能表明存在浓差极化或传质限制的现象。恒电位沉积的优点是可以通过控制沉积电位使沉积层的物相单一，没有杂相或杂质，其缺点是电压随反应物的减少而产生漂移，导致沉积产物成分不稳定。因此恒电位沉积过程中由于电压飘移导致沉积产物成分不稳定及催化剂催化性能较低是当前急需解决的一个技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供一种镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备方法、装置及计算机可读存储介质，其主要目的在于解决在恒电位沉积过程中由于电压飘移导致沉积产物成分不稳定及催化剂催化性能较低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供的一种镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备方法，包括：

3、利用预定浓度的六水合氯化镍及二水合钼酸钠配置反应溶液，将预构建的泡沫镍进行预处理，得到前置处理泡沫镍，将所述前置处理泡沫镍置于所述反应溶液中，并将所述反应溶液置于预构建的反应釜中进行水热合成，得到nimoo4/nf，其中nimoo4/nf指均匀负载nimoo4的nf基体；

4、将nimoo4/nf置于预构建的磁舟内，并利用预构建的管式炉对所述nimoo4/nf进行热处理，得到nimo/nf，其中nimo/nf指均匀负载nimo合金的nf基体；

5、利用预构建的三电极电化学池，根据预设的恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积时长测试，得到多组初始nimop-nimo/nf催化剂，其中nimop-nimo/nf指均匀包覆nimop的nimo/nf，所述恒电位沉积法的沉积电位为预设的标准电位；

6、测试多组初始nimop-nimo/nf催化剂对应的电催化性能集，根据所述电催化性能集识别最佳电沉积时长；

7、根据所述最佳电沉积时长及恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积电流监测，得到电沉积电流曲线，在所述电沉积电流曲线中提取电沉积电流点集，根据预构建的聚类算法在所述电沉积电流点集中识别多组电流聚类点集；

8、在所述多组电流聚类点集中提取电流聚类分段点集，其中所述电流聚类分段点集包括第1电流聚类分段点、第2电流聚类分段点、…、第n电流聚类分段点；

9、根据所述电沉积电流曲线及电流聚类分段点集对所述nimo/nf进行第1电位聚类分段测试、第2电位聚类分段测试、…、第n电位聚类分段测试，得到第1聚类分段电位、第2聚类分段电位、…、第n聚类分段电位；

10、根据所述第1聚类分段电位、第2聚类分段电位、…、第n聚类分段电位及所述电流聚类分段点集，利用所述三电极电化学池对nimo/nf进行电沉积，得到目标nimop-nimo/nf催化剂，完成镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备。

11、可选地，所述利用预定浓度的六水合氯化镍及二水合钼酸钠配置反应溶液，将预构建的泡沫镍进行预处理，得到前置处理泡沫镍，将所述前置处理泡沫镍置于所述反应溶液中，并将所述反应溶液置于预构建的反应釜中进行水热合成，得到nimoo4/nf，包括：

12、取1.5mmol的六水合氯化镍及1.5mmol的二水合钼酸钠加入30ml的去离子水中充分搅拌均匀，得到反应溶液；

13、将预构建的泡沫镍置入丙酮中执行预定次数的超声浸泡后，得到超声浸泡泡沫镍，其中所述预定次数为3次，所述超声浸泡时长为3min；

14、利用去离子水对所述超声浸泡泡沫镍进行10min超声清洗，得到超声清洗泡沫镍，将所述超声清洗泡沫镍置于预配置的稀硝酸中浸泡1h后利用去离子水进行清洗，得到前置处理泡沫镍；

15、将所述前置处理泡沫镍放入所述反应溶液中，得到待水热反应溶液，将所述待水热反应溶液置于预构建的反应釜中，并使用预构建的马弗炉在150℃下对所述待水热反应溶液执行水热合成6h，得到nimoo4/nf，其中所述反应釜内衬聚四氟乙烯。

16、可选地，所述将nimoo4/nf置于预构建的磁舟内，并利用预构建的管式炉对所述nimoo4/nf进行热处理，得到nimo/nf，包括：

17、将所述nimoo4/nf干燥12h后置于磁舟内，得到待加热nimoo4/nf；

18、利用所述管式炉，在预配置的混合气体中对所述待加热nimoo4/nf进行2h热处理，得到nimo/nf，其中所述热处理的温度为500℃。

19、可选地，所述利用预构建的三电极电化学池，根据预设的恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积时长测试，得到多组初始nimop-nimo/nf催化剂，包括：

20、利用所述三电极电化学池及恒电位沉积法，根据预设的电沉积时长集对nimo/nf进行电沉积，得到多组初始nimop-nimo/nf催化剂，其中所述三电极电化学池的电解液包括0.02mol/l的六水合氯化镍、0.015mol/l的次磷酸钠、0.004mol/l的二水合钼酸钠及0.03mol/l的柠檬酸钠，参比电极为ag/agcl，对电极为石墨，工作电极为nimo/nf。

21、可选地，所述测试多组初始nimop-nimo/nf催化剂对应的电催化性能集，根据所述电催化性能集识别最佳电沉积时长，包括：

22、在所述多组初始nimop-nimo/nf催化剂中依次提取初始nimop-nimo/nf催化剂，测定所述初始nimop-nimo/nf催化剂的析氢极化曲线，得到析氢极化曲线集；

23、识别析氢极化曲线集对应的电催化性能集；

24、根据所述电催化性能集对各组初始nimop-nimo/nf催化剂进行析氢催化活性对比，得到最佳析氢极化曲线；

25、识别所述最佳析氢极化曲线对应的最佳电沉积时长。

26、可选地，所述根据所述最佳电沉积时长及恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积电流监测，得到电沉积电流曲线，包括：

27、利用所述三电极电化学池，根据恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积，并监测所述电沉积的实时电流及沉积时长；

28、根据所述实时电流在预构建的沉积电流-时间坐标系中拟合电流曲线；

29、判断所述沉积时长是否达到所述最佳电沉积时长；

30、若所述沉积时长未达到所述最佳电沉积时长，则返回上述利用所述三电极电化学池，根据恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积的步骤；

31、若所述沉积时长达到所述最佳电沉积时长，则停止电沉积电流监测，得到电沉积电流曲线。

32、可选地，所述在所述电沉积电流曲线中提取电沉积电流点集，根据预构建的聚类算法在所述电沉积电流点集中识别多组电流聚类点集，包括：

33、根据所述最佳电沉积时长确定取样时长间距；

34、根据所述取样时长间距在所述电沉积电流曲线中提取电沉积电流点集；

35、识别所述电沉积电流点集中每一个电沉积电流点在所述电沉积电流曲线中的切线斜率，得到电流点斜率集；

36、利用所述聚类算法对所述电流点斜率集进行聚类分析，得到多组电流聚类斜率集；

37、识别所述多组电流聚类斜率集中每一个电流聚类斜率集对应的电流聚类点集，得到多组电流聚类点集。

38、可选地，所述在所述多组电流聚类点集中提取电流聚类分段点集，包括：

39、识别所述多组电流聚类点集中每一组电流聚类点集的最末位电沉积电流点；

40、将所述最末位电沉积电流点作为电流聚类分段点，得到电流聚类分段点集。

41、可选地，所述根据所述电沉积电流曲线及电流聚类分段点集对所述nimo/nf进行第1电位聚类分段测试、第2电位聚类分段测试、…、第n电位聚类分段测试，得到第1聚类分段电位、第2聚类分段电位、…、第n聚类分段电位，包括：

42、在所述电流聚类分段点集中依次提取电流聚类分段点，识别所述电流聚类分段点在所述所述电沉积电流曲线上的分段位点及所述电沉积电流曲线的起始位点；

43、根据所述起始位点及分段位点在所述电沉积电流曲线上截取分段电流曲线；

44、利用预构建的电荷积分公式，根据所述分段电流曲线计算分段累计电荷，其中所述电荷积分公式，如下所示：

45、

46、其中，qi表示第i个电流聚类分段点的分段累计电荷，ti表示第i个电流聚类分段点的监测时长，i(t)表示第i个电流聚类分段点截取的分段电流曲线随时间变化的电流值；

47、根据所述分段累计电荷构建分段累计电荷数组，其中所述分段累计电荷数组由n个分段累计电荷数对组成，所述分段累计电荷数组如下所示：

48、s＝[(0，q1)，(q1，q2)，…，(qn-1，qn)]

49、其中，s表示分段累计电荷数组，q1表示第1个电流聚类分段点的分段累计电荷，q2表示第2个电流聚类分段点的分段累计电荷，qn-1表示第n-1个电流聚类分段点的分段累计电荷，qn表示第n个电流聚类分段点的分段累计电荷；

50、在所述分段累计电荷数组中依次提取分段累计电荷数对，将所述分段累计电荷数对作为测试电荷段，将所述分段累计电荷数对从所述分段累计电荷数组剔除，得到非测试电荷段，其中所述测试电荷段包括第1测试电荷段、第2测试电荷段、…、第n测试电荷段；

51、获取测试电位梯度集，在所述测试电位梯度集中依次提取测试电位；

52、根据恒电位沉积法及三电极电化学池对nimo/nf进行电沉积累计电荷监测，得到实时累计电荷；

53、判断所述实时累计电荷是否属于所述测试电荷段；

54、若所述实时累计电荷不属于所述测试电荷段，则返回上述恒电位沉积法及三电极电化学池对nimo/nf进行电沉积累计电荷监测的步骤；

55、若所述实时累计电荷属于所述测试电荷段，则根据所述测试电位及三电极电化学池对nimo/nf进行电沉积累计电荷监测，并返回上述恒电位沉积法及三电极电化学池对nimo/nf进行电沉积累计电荷监测的步骤，直至所述实时累计电荷等于第n个电流聚类分段点的分段累计电荷，得到第1测试电荷段、第2测试电荷段、…、第n测试电荷段对应的第1测试nimop-nimo/nf催化剂集、第2测试nimop-nimo/nf催化剂集、…、第n测试nimop-nimo/nf催化剂集；

56、分别在所述第1测试nimop-nimo/nf催化剂集、第2测试nimop-nimo/nf催化剂集、…、第n测试nimop-nimo/nf催化剂集中选取第1测试最佳催化剂、第2测试最佳催化剂、…、第n测试最佳催化剂，其中，所述第1测试最佳催化剂指所述第1测试nimop-nimo/nf催化剂集中电催化性能最佳的nimop-nimo/nf催化剂，所述第2测试最佳催化剂指所述第2测试nimop-nimo/nf催化剂集中电催化性能最佳的nimop-nimo/nf催化剂，所述第n测试最佳催化剂指所述第n测试nimop-nimo/nf催化剂集中电催化性能最佳的nimop-nimo/nf催化剂；

57、分别识别所述第1测试最佳催化剂、第2测试最佳催化剂、…、第n测试最佳催化剂对应的第1最佳测试电位、第2最佳测试电位、…、第n最佳测试电位，将所述第1最佳测试电位、第2最佳测试电位、…、第n最佳测试电位作为第1聚类分段电位、第2聚类分段电位、…、第n聚类分段电位。

58、为了解决上述问题，本发明还提供一种镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备装置，所述装置包括：

59、nimoo4/nf合成模块，用于利用预定浓度的六水合氯化镍及二水合钼酸钠配置反应溶液，将预构建的泡沫镍进行预处理，得到前置处理泡沫镍，将所述前置处理泡沫镍置于所述反应溶液中，并将所述反应溶液置于预构建的反应釜中进行水热合成，得到nimoo4/nf，

60、其中nimoo4/nf指均匀负载nimoo4的nf基体；

61、nimoo4/nf热处理模块，用于将nimoo4/nf置于预构建的磁舟内，并利用预构建的管式炉对所述nimoo4/nf进行热处理，得到nimo/nf，其中nimo/nf指均匀负载nimo合金的nf基体；

62、电沉积电流点集聚类模块，用于利用预构建的三电极电化学池，根据预设的恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积时长测试，得到多组初始nimop-nimo/nf催化剂，其中ni mop-nimo/nf指均匀包覆nimop的nimo/nf，所述恒电位沉积法的沉积电位为预设的标准电位；测试多组初始nimop-nimo/nf催化剂对应的电催化性能集，根据所述电催化性能集识别最佳电沉积时长；根据所述最佳电沉积时长及恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积电流监测，得到电沉积电流曲线，在所述电沉积电流曲线中提取电沉积电流点集，根据预构建的聚类算法在所述电沉积电流点集中识别多组电流聚类点集；

63、nimo/nf分段电沉积模块，用于在所述多组电流聚类点集中提取电流聚类分段点集，其中所述电流聚类分段点集包括第1电流聚类分段点、第2电流聚类分段点、…、第n电流聚类分段点；根据所述电沉积电流曲线及电流聚类分段点集对所述nimo/nf进行第1电位聚类分段测试、第2电位聚类分段测试、…、第n电位聚类分段测试，得到第1聚类分段电位、第2聚类分段电位、…、第n聚类分段电位；根据所述第1聚类分段电位、第2聚类分段电位、…、第n聚类分段电位及所述电流聚类分段点集，利用所述三电极电化学池对ni mo/nf进行电沉积，得到目标nimop-nimo/nf催化剂。

64、为了解决上述问题，本发明还提供一种电子设备，所述电子设备包括：

65、至少一个处理器；以及，

66、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

67、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以实现上述所述的镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备方法。

68、为了解决上述问题，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有至少一个指令，所述至少一个指令被电子设备中的处理器执行以实现上述所述的镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备方法。

69、相比于背景技术所述问题，本发明需要先合成nimoo4/nf，再对所述nimoo4/nf进行热处理，得到nimo/nf，得到nimo/nf之后就可以进行电沉积了，在合成nimoo4/nf时，需要先利用预定浓度的六水合氯化镍及二水合钼酸钠配置反应溶液，再将泡沫镍进行预处理，得到前置处理泡沫镍，此时即可将前置处理泡沫镍置于所述反应溶液中，并将所述反应溶液置于预构建的反应釜中进行水热合成，从而得到nimoo4/nf，在热处理nimoo4/nf时，需要先将nimoo4/nf置于预构建的磁舟内，并利用预构建的管式炉对所述nimoo4/nf进行热处理，即可得到nimo/nf，在对nimo/nf进行电沉积前，由于电沉积存在多个沉积阶段，而每个沉积阶段对应的电沉积电流点集将存在特征聚集性，因此可以通过对电沉积电流点集进行聚类分析，从而得到多组电流聚类点集，在获取电沉积电流点集前首先需要确定最佳电沉积时长，确定所述最佳电沉积时长可以先利用预构建的三电极电化学池，根据预设的恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积时长测试，得到多组初始nimop-nimo/nf催化剂，再测试多组初始nimop-nimo/nf催化剂对应的电催化性能集，根据所述电催化性能集识别最佳电沉积时长，由于需要获取电沉积电流点集，因此需要根据所述最佳电沉积时长及恒电位沉积法对所述nimo/nf进行电沉积电流监测，得到电沉积电流曲线，再在所述电沉积电流曲线中提取电沉积电流点集，由于需要对电沉积过程中的不同阶段进行适宜的分段电位的探究，而不同阶段可以通过电流聚类分段点集进行划分，因此首先要在所述多组电流聚类点集中提取电流聚类分段点集，再根据所述电沉积电流曲线及电流聚类分段点集对所述nimo/nf进行第1电位聚类分段测试、第2电位聚类分段测试、…、第n电位聚类分段测试，得到第1聚类分段电位、第2聚类分段电位、…、第n聚类分段电位，最后即可根据所述第1聚类分段电位、第2聚类分段电位、…、第n聚类分段电位及所述电流聚类分段点集，利用所述三电极电化学池对nimo/nf进行电沉积，得到目标nimop-nimo/nf催化剂，完成镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备。因此本发明提出的镍钼磷包覆镍钼合金的电催化材料制备方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，其主要目的在于解决恒电位沉积过程中由于电压飘移导致沉积产物成分不稳定及催化剂催化性能较低的问题。