一种Pt-NiCoLDH电化学析氢催化剂的制备和使用方法

本发明涉及电催化剂制备领域，具体而言，涉及一种pt-nico ldh电化学析氢催化剂的制备和使用方法。

背景技术：

1、随着社会经济的快速发展，化石燃料的迅速枯竭和环境污染的恶化成为全人类面临的重要挑战，寻找清洁、可再生的新能源是实现可持续发展的必要趋势。因此，人们开发了太阳能、风能、地热能和海洋能、氢能等，其中氢资源丰富，是最有利用潜力的可再生能源。电解水制氢是开发氢能的重要途径之一，电解水过程由两个半反应组成，即阳极的氧析出反应(oer)和阴极的氢析出反应(her)，不仅对环境无污染，而且氧气和氢气可以作为燃料电池的原料。但水电解过程能耗大、效率低一直是亟需解决的问题，开发高效、稳定、易获取的催化剂是实现高效电解水的关键。

2、目前商用的铂、铱等贵金属基催化剂储量稀少，价格昂贵，无法大规模制备和应用。因此，利用非贵金属催化剂取代贵金属催化剂是研究者追求的目标。越来越多的研究者将目光投向ldh，它是一种有潜力的二维层状电解水催化剂，其层板的金属阳离子类型及比例具有可调控性，层间的阴离子具有流动性和可交换性，且成本低廉，这使得满足特定性能要求的可控合成变得可能。因此ldh是一种理想的电催化分解水电极材料，其层板中的过渡族金属阳离子可以作为电化学反应的活性位点。利用金属阳离子掺杂对ldh改性，进而改善其电化学性能，这是对ldh改性中报道最多也是最为重要的一种手段。

3、在众多的ldhs材料中，因nico ldh的制备方法简单，ni和co的储量丰富，以及ni和co之间具有的协同作用，nico ldh材料也被广泛用作电极材料，并在电催化分解水反应中具有巨大的潜力。但由于nico ldh本征导电性差、稳定性不好(在长时间循环中材料容易团聚)等，这些都使得ldh电催化剂的发展受到阻碍。

4、基于此，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种pt-nico ldh电化学析氢催化剂的制备和使用方法。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明提供一种pt-nico ldh电化学析氢催化剂，该pt-nico ldh电化学析氢催化剂包括泡沫镍，所述泡沫镍的表面生长有大量分级结构纳米片，并含有镍、钴、铂金属元素。

4、本发明还提供一种上述pt-nico ldh电化学析氢催化剂的制备方法，包括：(1)采用三电极体系，在含镍、钴离子的溶液中对泡沫镍进行恒电压电沉积，将所得样品烘干；(2)将步骤(1)中的样品再次以三电极体系连接，在氯铂酸溶液中以线性循环伏安法进行第二次电沉积，将所得样品烘干。

5、本发明还提供一种上述pt-nico ldh电化学析氢催化剂在电解水制氢领域中的应用。

6、本发明具有以下有益效果：

7、本发明提供了一种pt-nico ldh电化学析氢催化剂的制备和使用方法，该pt-nicoldh电化学析氢催化剂包括泡沫镍，所述泡沫镍的表面生长有大量pt纳米颗粒负载的nicoldh分级结构纳米片。上述pt-nico ldh电化学析氢催化剂中的大量分级结构纳米片增加了电化学活性位点，增大了催化剂的活性表面积，提升催化剂的催化性能。因此，本发明提供的催化剂在电解水制氢中显示出优异的活性和良好的稳定性，在大规模制氢领域具有良好应用前景。

技术特征：

1.一种pt-nico ldh电化学析氢催化剂，其特征在于，所述的pt-nico ldh电化学析氢催化剂包括泡沫镍，所述泡沫镍的表面生长有大量分级结构纳米片，并含有镍、钴、铂金属元素。

2.根据权利要求1所述的pt-nico ldh电化学析氢催化剂，其特征在于，所述的催化剂pt-nico ldh由纳米片和pt纳米颗粒构成。

3.根据权利要求1或2所述的pt-nico ldh电化学析氢催化剂，其特征在于，所述分级结构纳米片的厚度小于等于15nm。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的pt-nico ldh电化学析氢催化剂的制备方法，其特征在于，包括：(1)采用三电极体系，在含镍、钴离子的溶液中在泡沫镍表面进行恒电压电沉积，将所得样品烘干；(2)将步骤(1)中的样品再次以三电极体系连接，在氯铂酸溶液中以线性循环伏安法进行第二次电沉积，将所得样品烘干。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的第一步电沉积采用恒电压电沉积法，沉积电压为-1v，沉积时间为900秒；所述的第二步电沉积采用线性循环伏安法，扫速为5mv/s，沉积时间为5000秒。

6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，配制所述的含镍、钴离子的溶液所用的药品包括硝酸镍、硝酸钴、硫酸钴、氯化镍中的一种或多种，优选为硝酸镍、硝酸钴；配制所述的氯铂酸溶液所用的药品包括氯铂酸和氢氧化钾。

7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，还包括泡沫镍在反应前进行清洗处理，所述清洗处理为：将泡沫镍用3m盐酸处理10-12分钟，然后清洗干净，用去离子水浸泡，超声5-7分钟，重复更换去离子水和超声操作3-5次，用吹风机冷风吹干。

8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的第一步电沉积采用三电极体系，其中对电极为pt片，参比电极为银/氯化银电极；所述的第二步电沉积采用三电极体系，其中对电极为碳棒，参比电极为汞/氧化汞电极。

9.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

10.根据权利要求1-3任一项所述的pt-nico ldh电化学析氢催化剂或权利要求4-9中任一项所述的制备方法制备得到的pt-nico ldh电化学析氢催化剂在电解水制氢领域的应用，以权利要求1-3任一项所述的pt-nico ldh电化学析氢催化剂作为工作电极，同时碳棒作为对电极，甘汞电极作为参比电极，共同组成三电极体系进行析氢析氧反应，析氢反应的环境为强碱性电解环境，电解液为1m的naoh或koh溶液。

技术总结本发明公开了一种Pt‑NiCo LDH电化学析氢催化剂的制备和使用方法，该催化剂的具体制备过程为：(1)采用三电极体系，在含镍、钴离子的溶液中对泡沫镍进行恒电压电沉积，将所得样品烘干；(2)将步骤(1)中的样品再次以三电极体系连接，在氯铂酸溶液中以线性循环伏安法进行第二次电沉积，将所得样品烘干。为电解水提供了更多的活性位点，提高电催化剂的催化性能；解决了催化剂在碱性条件下催化活性差、反应进度慢，以及贵金属基催化剂成本高昂的问题，同时该材料具有较低的过电位和高稳定性，有望应用于工业化制氢装置中碱性电解槽中，从而大大降低装置成本，提高析氢速率；此外，该制备方法简单、易于操作、设备成本低，能够实现较大规模工业化生产。技术研发人员：陈明鹏,陈俊冰,柳清菊受保护的技术使用者：云南大学技术研发日：技术公布日：2024/7/23