镍铁铜磷复合双功能催化电极、制备方法及其应用

本发明属于氢能源，特别是涉及一种镍铁铜磷复合双功能催化电极、制备方法及其应用。

背景技术：

1、氢能源作为一种极具潜力的未来能源形式，其能量密度远高于传统化石燃料；氢气燃烧后的唯一产物是水，不产生二氧化碳、硫氧化物、氮氧化物等温室气体和污染物，是一种真正的清洁、环保能源。在全球努力减少碳排放、应对气候变化的大背景下，氢能源的这一特性使其成为实现深度脱碳目标的理想选择。然而，氢能源的生产、储存和运输成本相较于传统能源尚处于较高水平。

2、电解水制氢是一种利用电能驱动水分解以生成氢气的方法，该技术以电极表面的催化剂为核心，通过电化学反应将水电解为氢气和氧气，全过程无温室气体排放，尤其不产生二氧化碳，完美契合全球减排目标与应对气候变化的需求。电解水制氢的电极材料应展现出高催化活性，其次，电极必须具备出色的稳定性与耐久性，能够在复杂的电解环境中，如面对电解液的侵蚀、气体气氛的影响以及长时间电流作用下，保持催化性能的持久稳定，确保设备的长期可靠运行。电极的微观结构设计应有利于电解液的渗透、反应气体的释放以及催化活性位点的有效接触，如适宜的孔隙率、大的比表面积、特定晶面的暴露等，综上，理想的析氢电极应是集高效催化、稳定耐用、良好导电及优化结构于一体的多功能组件，以满足电解水制氢过程的严苛要求。

3、现有的析氢电极或采用商业贵金属催化剂，大大增加电极成本；或采用金属镍或镍基化合物作为电极材料，催化剂制备周期长、能耗大，其在电解水析氢催化应用活性低，电能消耗大，稳定性耐用性差，产氢效能低，难以满足工业化应用。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种镍铁铜磷复合双功能催化电极，通过采用经济实惠的过渡金属电极来代替传统的贵金属催化剂，在保证氢能高效稳定产出的同时，实现成本的大幅度降低。

2、本发明的第二目的是提供一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法；

3、本发明的第三目的是提供一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的应用。

4、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法，具体包括以下步骤：

5、s1、将镍网剪裁为镍网条，先后置于盐酸基乙醇溶液中超声浸泡，再用去离子水清洗后储存于乙醇溶液中备用；

6、s2、配制niso4、feso4、nah2po2、ch3coona、nh4cl混合溶液，调节混合溶液ph并进行超声处理5～6min；

7、s3、配制niso4、cuso4、h3bo3混合溶液，超声处理5～6min；

8、s4、取等量的s2、s3配制好的溶液作为电解液，将s1得到的镍网真空干燥后作为工作电极，石墨棒为对电极，磁力搅拌去除镍网表面气泡，在恒电流下进行电化学沉积得到nifecup/nm电极。

9、进一步的，所述s2中混合溶液具体配比为0.010～0.050mol·l-1niso4，0.010～0.050mol·l-1feso4，0.1～1.0mol·l-1nah2po2，0.1～0.4mol·l-1ch3coona，1.0～4.0mol·l-1nh4cl。

10、进一步的，所述s3中混合溶液具体配比为2.5～10.0mmol·l-1niso4，0.5～3mmol·l-1cuso4，2.5～10.0mmol·l-1h3bo3。

11、进一步的，所述s2中混合溶液ph值调节为2.0～5.0。

12、进一步的，所述s4中电化学沉积电流密度为1.0～5.0a·cm-2。

13、进一步的，所述s4中电化学沉积时间为80～140s。

14、如上述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法所制备的镍铁铜磷复合双功能催化电极。

15、如上述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极在析氢、析氧反应中的应用。

16、本发明的有益效果是：本发明通过采用相对低廉且丰富的镍、铁、铜、磷作为基础元素，有效规避了对昂贵贵金属催化剂的依赖，本发明工艺简化了制备流程，摒弃了繁琐的多步合成与后处理步骤，不仅显著缩短了电极材料的制备周期，还大幅度减少了能源消耗和成本投入，这对于推动氢能源技术的商业化进程尤为重要。所制得的镍铁铜磷复合材料展现出独特的双功能活性表面，不仅在析氢反应(her)中表现出卓越的催化效率，同时在析氧反应(oer)上也呈现出优异的性能。这种双功能特性意味着它能够广泛适用于全水分解系统，提高整体的能源转换效率。相较于依赖单一功能催化剂的传统系统，本发明的电催化剂能够更均衡地促进电解水产氢和产氧过程，从而在维持高产氢效能的同时，降低了系统的整体过电势，减少了不必要的电能浪费。本发明催化剂在保持高性能催化活性的同时，还具备出色的稳定性和耐久性。在持续的电解操作中，能够有效抵抗电解液腐蚀，维持长期运行下的催化效率，这对于确保电解设备的长期可靠性和经济效益至关重要。其优化的微观结构设计促进了电解液的有效渗透和气体产物的快速释放，进一步提升了催化反应的效率和速率，确保了大规模工业化应用的可行性。

技术特征：

1.一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法，其特征在于，所述s2中混合溶液具体配比为0.010～0.050mol·l-1niso4，0.010～0.050mol·l-1feso4，0.1～1.0mol·l-1nah2po2，0.1～0.4mol·l-1ch3coona，1.0～4.0mol·l-1nh4cl。

3.根据权利要求1所述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法，其特征在于，所述s3中混合溶液具体配比为2.5～10.0mmol·l-1niso4，0.5～3mmol·l-1cuso4，2.5～10.0mmol·l-1h3bo3。

4.根据权利要求1所述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法，其特征在于，所述s2中混合溶液ph值调节为2.0～5.0。

5.根据权利要求1所述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法，其特征在于，所述s4中电化学沉积电流密度为1.0～5.0a·cm-2。

6.根据权利要求1所述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法，其特征在于，所述s4中电化学沉积时间为80～140s。

7.如权利要求1～6任一所述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极的制备方法所制备的镍铁铜磷复合双功能催化电极。

8.如权利要求7所述的一种镍铁铜磷复合双功能催化电极在析氢、析氧反应中的应用。

技术总结本发明提供一种镍铁铜磷复合双功能催化电极、制备方法及其应用，其中制备方法为：首先对镍网进行预处理，然后配置电解液，电解液包括电解液A及电解液B；电解液A由NiSO<subgt;4</subgt;、FeSO<subgt;4</subgt;、NaH<subgt;2</subgt;PO<subgt;2</subgt;、CH<subgt;3</subgt;COONa、NH<subgt;4</subgt;Cl构成，电解液B由NiSO<subgt;4</subgt;、CuSO<subgt;4</subgt;、H<subgt;3</subgt;BO<subgt;3</subgt;构成；最后采用预处理后的镍网作为工作电极石墨棒为对电极，磁力搅拌去除镍网表面气泡，在恒电流下进行电化学沉积得到NiFeCuP/NM电极。本发明所制备的镍铁铜磷复合双功能催化电极不仅在析氢反应(HER)中表现出卓越的催化效率，同时在析氧反应(OER)上也呈现出优异的性能；且采用低成本材料替代贵金属，大幅降低制备成本。技术研发人员：孙强强,魏宇航,李钰杰,王晨妤,张璇,曹宝月受保护的技术使用者：商洛学院技术研发日：技术公布日：2024/8/20