一种多级孔道催化剂的制备方法

本发明涉及新能源、新材料及电解水制氢，更具体地涉及一种多级孔道催化剂的制备方法。

背景技术：

1、化石燃料的快速消费导致了一场能源危机，并造成了各种环境问题，使开发可再生能源和可持续能源的资源成为一项具有挑战性和紧迫性的要求。在广泛使用的绿色能源中，氢气因其二氧化碳零排放和高能量密度(142mj·kg-1)而被认为是有限化石燃料最有前途的替代品。电解水制氢作为一种不依靠传统化石燃料、生产过程零碳排的制备技术，是公认的未来发展工业制氢最有前景的制备技术。一般来说，有效的析氢需要使用催化剂来最小化在电极表面形成反应中间体所造成的动力学势垒，这可以降低以显著速率驱动反应所需的过电位。到目前为止，最著名的her催化剂是铂，但由于稀缺和高成本，禁止规模商业应用；因此，研究人员现在致力于引入高效的非贵金属催化剂。

2、凭借着价格低、矿储量丰富、her性能优异等优势，镍基析氢催化剂成为碱性电解水领域中应用范围最广、研究量最多的催化剂之一。其中镍钼合金具有与铂相似的表面电子态，被认为是目前在碱性环境中最有前景的贵金属基电催化剂替代品，受到大家的关注和广泛研究。结构与形貌会直接影响到催化剂电解水性能及稳定性，但从目前研究看，钼合金的结构与形貌控制工艺复杂，需要多部反应后处理才能完成。

技术实现思路

1、为了解决上述现有技术中的镍基析氢催化剂的结构与形貌控制工艺复杂等问题，本发明提供一种多级孔道催化剂的制备方法。

2、根据本发明的多级孔道催化剂的制备方法，其包括如下步骤：s1，对基底电极材料进行预处理以提供阴极；s2，在去离子水中配制浓度为2～17.4g/l钼酸钠，0～50.26g/l硫酸镍的混合溶液，调节ph至9～10.5以提供沉积镀液；s3，镍片或镍网作为阳极，沉积镀液置于电解池中，设置沉积电流和时间进行阶梯变化电流制样，低电流密度为0.02～0.3acm-2，时间为30～300s；中电流密度为0.3～0.7acm-2，时间为30～300s；高电流密度为0.7～1.2acm-2，时间为3～15min；s4，取出后清洗干燥得到多级孔道催化剂。

3、在优选的实施例中，基底电极材料为镍网、泡沫镍、不锈钢网、碳布、铜片、碳钢、或钛板。

4、在优选的实施例中，当基底电极材料为金属时，所述步骤s1的预处理包括：用丙酮、盐酸去除表面的油污和氧化层；当基底电极材料为碳布时，所述步骤s1的预处理包括：用丙酮、蒸馏水清洗去除灰尘杂质。

5、在优选的实施例中，钼酸钠为水合钼酸钠，硫酸镍为水合硫酸镍。

6、在优选的实施例中，沉积镀液中的水合钼酸钠的浓度为2～11.6g/l。在更优选的实施例中，沉积镀液中的水合钼酸钠的浓度为5.8g/l。

7、在优选的实施例中，所述步骤s2包括：在去离子水中配制浓度为60～88.2g/l柠檬酸钠(c6h5na3o7)，10～26.7g/l氯化铵(nh4cl)，10～15g/l溴化钠(nabr)，2～5.8g/l二水合钼酸钠(na2moo4·2h2o)，0～50.26g/l六水硫酸镍(niso4·6h2o)的混合溶液，完全溶解并混合均匀，利用氨水调节ph至9～10.5以提供沉积镀液。

8、在优选的实施例中，作为阳极的镍片或镍网的厚度为1mm。

9、在优选的实施例中，所述步骤s3包括：调整阴阳极与沉积镀液的接触深度，在5～35℃，设置沉积电流和时间进行阶梯变化电流制样。

10、在优选的实施例中，低电流密度为0.075acm-2，时间为180s；中电流密度为0.5acm-2，时间为120s；高电流密度为1acm-2，时间为360s。

11、在优选的实施例中，所述步骤s4包括：用去离子水和无水乙醇冲净样品表面的残留物，置于真空干燥箱中干燥。

12、在优选的实施例中，真空干燥的温度为60℃，时间为4～8h。

13、根据本发明的多级孔道催化剂的制备方法，采用阶梯变化电流进行多级孔道催化剂的制备，调控催化剂的多孔珊瑚状形貌和组成，得到的催化剂具有良好的her(hydrogenevolution reaction，催化氢析出反应)催化性能。而且，根据本发明的多级孔道催化剂的制备方法，未使用贵金属，实验药品便宜，制备方法简单，制备时间短，成本低廉，性能稳定，具有一定的普适性。

技术特征：

1.一种多级孔道催化剂的制备方法，其特征在于，该制备方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，基底电极材料为镍网、泡沫镍、不锈钢网、碳布、铜片、碳钢、或钛板。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当基底电极材料为金属时，所述步骤s1的预处理包括：用丙酮、盐酸去除表面的油污和氧化层；当基底电极材料为碳布时，所述步骤s1的预处理包括：用丙酮、蒸馏水清洗去除灰尘杂质。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，钼酸钠为水合钼酸钠，硫酸镍为水合硫酸镍。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s2包括：在去离子水中配制浓度为60～88.2g/l柠檬酸钠，10～26.7g/l氯化铵，10～15g/l溴化钠，2～5.8g/l二水合钼酸钠，0～50.26g/l六水硫酸镍的混合溶液，完全溶解并混合均匀，利用氨水调节ph至9～10.5以提供沉积镀液。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，作为阳极的镍片或镍网的厚度为1mm。

7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s3包括：调整阴阳极与沉积镀液的接触深度，在5～35℃，设置沉积电流和时间进行阶梯变化电流制样。

8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，低电流密度为0.075acm-2，时间为180s；中电流密度为0.5acm-2，时间为120s；高电流密度为1acm-2，时间为360s。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤s4包括：用去离子水和无水乙醇冲净样品表面的残留物，置于真空干燥箱中干燥。

10.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，真空干燥的温度为60℃，时间为4～8h。

技术总结本发明涉及一种多级孔道催化剂的制备方法，其包括对基底电极材料进行预处理以提供阴极；在去离子水中配制混合溶液，调节pH至9～10.5以提供沉积镀液；镍片或镍网作为阳极，沉积镀液置于电解池中，设置沉积电流和时间进行阶梯变化电流制样，低电流密度为0.02～0.3Acm<supgt;‑2</supgt;，时间为30～300s；中电流密度为0.3～0.7Acm<supgt;‑2</supgt;，时间为30～300s；高电流密度为0.7～1.2Acm<supgt;‑2</supgt;，时间为3～15min；取出后清洗干燥得到多级孔道催化剂。根据本发明的多级孔道催化剂的制备方法，采用阶梯变化电流进行多级孔道催化剂的制备，调控催化剂的多孔珊瑚状形貌和组成，得到的催化剂具有良好的HER催化性能。技术研发人员：张林娟,李海龙,王建强,蒋慧姗受保护的技术使用者：中国科学院上海应用物理研究所技术研发日：技术公布日：2024/7/9