一种镍磷化物-镍复合电极材料及应用的制作方法

本发明属于电极材料的开发制备以及电催化的，具体涉及一种镍磷化物-镍复合电极材料及应用。

背景技术：

1、而氢能作为21世纪人类可持续发展最具潜力的高能量密度二次清洁能源，受到全球范围的高度重视，可再生能源通过水电解技术及后续合成工艺，将电力能源转化到液态或者气态h2化学能源的方法，是实现能源转型的一项关键技术，电解水分解为氢气和氧气，是一个100 % 无碳排放的过程，产生的氢气可以应用于其他领域，包括交通、电力以及工业化生产。目前，工业生产中制取氢气往往使用铂催化剂或不使用催化剂，需要高昂的催化剂成本与能源成本，导致了我国氢能源技术产生瓶颈。因此开发廉价、高效、稳定且便于安全生产的析氢催化剂迫在眉睫。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种廉价、高效的镍磷化物-镍复合电极材料及应用。

2、为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：由泡沫镍载体经过酸性刻蚀后，再进行低温、常压磷化处理后得到，该材料表面呈现阵列状并具有多级孔隙结构，阵列高度为1 μm~100 μm，所述多级孔隙结构是由微孔、介孔和大孔共同构成，孔洞孔径为0.5 nm~500 nm，优选0.5 nm~150 μm。

3、该材料的制备方法包括如下步骤：

4、（1）对泡沫镍载体室温下用表面去污剂浸泡10 min~60 min，再进行超声处理，然后用乙醇去除泡沫镍载体表面去污剂，再在真空下进行干燥，得到表面光滑的泡沫镍载体；

5、（2）将光滑的泡沫镍载体置于ph值3~5的弱酸性溶液中，通过化学浴法对泡沫镍电极表面进行刻蚀后，用大量清水进行冲洗，在泡沫镍电极表面形成二价镍，得到二价镍-镍复合电极材料；

6、（3）真空环境下，对二价镍-镍复合电极材料进行干燥处理；

7、（4）在惰性气体保护下，通过气相沉积对二价镍-镍复合电极材料进行磷化还原处理 ，获得镍磷化物-镍复合电极材料；

8、（5）将磷化还原过程产生的磷化氢尾气使用饱和硫酸铜溶液进行处理，在磷化还原过程完成后，持续通入保护性气体，待管式炉温度降至室温后，将镍磷化物-镍复合电极材料取出。

9、步骤（1）中，干燥温度为40~200oc，优选60~100oc，时间为2~48 h；所述去污剂为煤油、柴油、汽油、丙酮、三氯乙烯、三氯甲烷、白电油、酒精、碳氢清洗剂、碳化水素、白电油替代品、正己烷替代品、枪水替代品、三氯乙烯替代品溶剂清洗剂中的一种或两种以上；

10、所述超声清洗功率为1200 w~6000w，清洗时间为10 min~60 min，清洗温度为10~60oc。

11、步骤（2）中，所述弱酸性溶液为碳酸、醋酸、硅酸、亚硝酸、氢硫酸、次氯酸、氢氰酸、亚硫酸、以及稀释后的稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的任意一种或两种以上；所述稀释后的稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸的摩尔浓度为0.5 mol/l~3 mol/l。

12、步骤（2）中，控制刻蚀温度为10~80oc，时间为10 min~720 min。

13、步骤（3）中，干燥温度为40~200oc，优选60~100oc，时间为2~48 h。

14、步骤（4）中，磷源为磷酸二氢钾,磷酸氢二钾,六偏磷酸钠,次磷酸钾,亚磷酸钠中的一种或两种以上；所述惰性气体为述惰性气体为氮气、氩气、二氧化氮、二氧化碳气体的一种或两种以上；所述磷化还原条件为：温度为150oc~400oc，煅烧时间为0.5 h~6 h。

15、所述的镍磷化物-镍复合电极材料的应用：该材料用作电化学水分解反应的阴极电极，电化学水分解反应使用的电解液为0.1~6 mol/l的氢氧化钾溶液。

16、本发明的有益效果是：

17、（1）对原料泡沫镍电极进行刻蚀，在常压、低温下进行磷化反应，通过对原料泡沫镍电极进行刻蚀、磷化处理，共同构成了整体电极，无粘合剂，具有导电性高、活性面积大、重复性高的特点。同时选用原料廉价，反应过程简单，避免了常规磷化过程的高温、高压条件造成的安全隐患，制备操作要求低，可重复性高，便于工业化大规模制备，具有极大的商业应用前景。

18、（2）得到的复合电极材料表面呈现阵列状结构，可作为整体电极使用，避免使用粘结剂造成催化剂导电性能下降。丰富的孔道结构与崎岖的表面可以有效增大电解质溶液与催化剂的固液接触面积，形成不连续的三相接触线来降低气泡的黏附力和气泡大小，促进气体的释放，同时提供丰富的活性位点，提高了气体析出反应的活性和效率，具有导电性高、活性面积大、重复性高的特点，在碱性溶液中有着媲美贵金属电极的活性与稳定性，有着广泛的实际应用前景。

技术特征：

1.一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：由泡沫镍载体经过酸性刻蚀后，再进行低温、常压磷化处理后得到，该材料表面呈现阵列状并具有多级孔隙结构，阵列高度为1μm~100 μm，所述多级孔隙结构是由微孔、介孔和大孔共同构成，孔洞孔径为0.5 nm~500nm；

2.根据权利要求1所述的一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：步骤（1）中，干燥温度为40~200oc，时间为2~48 h；所述去污剂为煤油、柴油、汽油、丙酮、三氯乙烯、三氯甲烷、白电油、酒精、碳氢清洗剂、碳化水素、白电油替代品、正己烷替代品、枪水替代品、三氯乙烯替代品溶剂清洗剂中的一种或两种以上；

3.根据权利要求1所述的一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：步骤（2）中，所述弱酸性溶液为碳酸、醋酸、硅酸、亚硝酸、氢硫酸、次氯酸、氢氰酸、亚硫酸、以及稀释后的稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸中的任意一种或两种以上；所述稀释后的稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸的摩尔浓度为0.5 mol/l~3 mol/l。

4.根据权利要求1所述的一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：步骤（2）中，控制刻蚀温度为10~80 oc，时间为10 min~720 min。

5.根据权利要求1所述的一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：步骤（3）中，干燥温度为40~200 oc，时间为2~48 h。

6.根据权利要求1所述的一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：步骤（4）中，磷源为磷酸二氢钾,磷酸氢二钾,六偏磷酸钠,次磷酸钾,亚磷酸钠中的一种或两种以上；所述惰性气体为述惰性气体为氮气、氩气、二氧化氮、二氧化碳气体的一种或两种以上；所述磷化还原条件为：温度为150 oc~400 oc，煅烧时间为0.5 h~6 h。

7.根据权利要求1所述的一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：所述孔洞孔径为0.5 nm~150 μm。

8.根据权利要求2所述的一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：所述干燥温度为60~100oc。

9.根据权利要求5所述的一种镍磷化物-镍复合电极材料，其特征在于：所述干燥温度为60~100 oc。

10.根据权利要求1-9任一所述的镍磷化物-镍复合电极材料的应用：其特征在于：该材料用作电化学水分解反应的阴极电极，电化学水分解反应使用的电解液为0.1~6 mol/l的氢氧化钾溶液。

技术总结本发明公开了一种镍磷化物‑镍复合电极材料及应用，包括如下步骤：（1）过对泡沫镍载体室温下用表面去污剂浸泡，再进行超声处理，然后用乙醇去除泡沫镍载体表面去污剂；（2）将光滑的泡沫镍载体置于pH值3~5的弱酸性溶液中，通过化学浴法对泡沫镍电极表面进行刻蚀，得到二价镍‑镍复合电极材料；（3）真空环境下对二价镍‑镍复合电极材料进行干燥处理；（4）将二价镍‑镍复合电极材料进行低温、常压磷化还原处理，获得镍磷化物‑镍复合电极材料。所述电极导电性高，稳定性好，在碱性条件下进行析氢反应时，有优良的活性与稳定性。该电极材料造价远低于目前使用的商用析氢催化剂，且制备方法简单、安全，适合大规模生产。技术研发人员：祁磊,刘耀宗,蒙鸿飞,滕志君,赵鑫,赵贵荣,杨英朝,刘锦民,赵进进,徐海波,魏孔祥受保护的技术使用者：甘肃银光聚银化工有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/29