權(quán)利要求

1.表面納米多孔NiMoCu催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟： (1)Ni 74Mo 6Cu 20母合金條帶的制備 通過電弧熔煉技術(shù)，將高純度金屬Ni,Cu,Mo按74:20:6的原子比例，制成Ni 74Mo 6Cu 20母合金條帶，厚度為30μm； (2)表面多孔NiMoCu催化劑的制備 先后用丙酮和超純水超聲清洗制得的Ni 74Mo 6Cu 20母合金條帶，干燥后與電化學(xué)工作站連接，作為三電極體系中的工作電極。同時用相同的方法處理金片，用作輔助電極；Ag/AgCl電極作為參比電極，在0.5M H 2SO 4中進(jìn)行電化學(xué)刻蝕?？涛g電壓為1.25V，刻蝕時間為300s?？涛g完成后將制得的表面多孔NiMoCu催化劑用超純水清洗，室溫下自然干燥。2.按照權(quán)利要求1任一項所述的方法制備得到的表面多孔NiMoCu催化劑。

說明書

表面納米多孔NiMoCu催化劑的制備方法

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及催化劑材料制備技術(shù)領(lǐng)域，提出了一種可應(yīng)用于電解水制氫的表面納米多孔NiMoCu催化劑的制備方法。

背景技術(shù)

氫氣能量密度高且唯一的燃燒產(chǎn)物是水，因此被視為傳統(tǒng)化石能源的替代品。電解水制氫技術(shù)能夠利用水為原料制備氫氣，受到廣泛關(guān)注。電解水反應(yīng)由陰極的析氫反應(yīng)(HER)與陽極的析氧反應(yīng)(OER)組成，采用高催化活性的催化劑作為電極材料能夠降低反應(yīng)能壘、減少能量損耗。在非貴金屬中，Ni因其具有良好的HER活性而作為陰極催化劑被廣泛研究。大量研究表明，相比單金屬Ni材料，通過制備二元或多元Ni基合金催化劑能夠獲得更優(yōu)異的HER活性。因此以Ni為主要成分之一、引入其它金屬元素的制備方法成為了研究熱點?，F(xiàn)有的Ni基材料受限于活性位點的不足，HER催化性能尚有提升空間。大量的研究被投入到制備Ni基催化劑并改善微觀形貌，使其反應(yīng)面積和活性位點數(shù)量增大，從而提升材料的HER活性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在克服現(xiàn)有Ni基HER催化材料的不足，提供一種表面納米多孔NiMoCu催化劑的制備技術(shù)。本發(fā)明采用電化學(xué)刻蝕的方法，先利用Ni,Mo,Cu在0.5M H 2SO 4中電化學(xué)行為的差異，對NiMoCu母合金條帶進(jìn)行電化學(xué)刻蝕，制得表面納米多孔NiMoCu材料?？涛g得到海綿狀的納米多孔微觀形貌，優(yōu)化了活性比表面積從而暴露更多的活性位點，有利于促進(jìn)水分解反應(yīng)的進(jìn)行。本發(fā)明制備的催化劑既能用作電極材料高效催化電解水制氫反應(yīng)，也有潛力應(yīng)用于其他類似的電解催化體系。

為達(dá)到以上技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

(1)Ni 74Mo 6Cu 20母合金條帶的制備

將高純度金屬Ni和金屬Cu和金屬Mo按74:20:6的原子比例，通過電弧熔煉技術(shù)制備母合金。然后將母合金放在石英管中，利用單輥旋淬系統(tǒng)將母合金鑄錠快速凝固，制備Ni 74Mo 6Cu 20母合金條帶1×0.2cm 2，厚度為30μm；

(2)表面納米多孔NiMoCu的制備

先后用丙酮和超純水超聲清洗制得的Ni 74Mo 6Cu 20母合金條帶，干燥后與電化學(xué)工作站連接作為三電極體系中的工作電極。同時用相同的方法處理金片，用作輔助電極；Ag/AgCl電極作為參比電極，在0.5M H 2SO 4中進(jìn)行電化學(xué)刻蝕?？涛g電壓為1.25V(vs.Ag/AgCl)，刻蝕時間為300s?？涛g完成后將制得的表面多孔NiMoCu用超純水清洗3次，室溫下自然干燥；

附圖說明

圖1納米多孔NiMoCu在5000倍下的SEM圖；

圖2納米多孔NiMoCu在200000倍下的SEM圖；

圖3刻蝕前后材料的XRD衍射花樣；

圖4納米多孔NiMoCu的EDS譜圖；

圖5刻蝕電位為1.25V、不同刻蝕時間下制得材料的HER性能圖；

圖6圖5對應(yīng)的Tafel曲線圖；

圖7刻蝕電位為1.25V、不同刻蝕時間下制得材料的EIS圖；

圖8納米多孔NiMoCu 1000圈循環(huán)伏安掃描前后的對比圖；

圖9納米多孔NiMoCu在100mV下進(jìn)行12小時穩(wěn)定性測試的i-t圖；

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種表面納米多孔NiMoCu催化劑的制備方法，具體實施方式如下。

將高純度Ni,Cu,Mo錠塊按照74:20:6的原子比例利用電弧熔煉技術(shù)制成Ni 74Mo 6Cu 20母合金。使用單輥旋淬及噴鑄系統(tǒng)將母合金鑄錠快速凝固，制備Ni 74Mo 6Cu 20母合金條帶，并將制得的母合金條帶剪成1×0.2cm 2備用。

先后用丙酮和超純水分別超聲清洗制得的Ni 74Mo 6Cu 20母合金條帶20min，干燥后與電化學(xué)工作站連接，作為三電極體系中的工作電極。同時用相同的方法處理金片，用作輔助電極；Ag/AgCl電極作為參比電極，在0.5M H 2SO 4中進(jìn)行電化學(xué)刻蝕?？涛g電壓為1.25V(vs.Ag/AgCl)，刻蝕時間為300s?？涛g完成后將制得的表面納米多孔NiMoCu催化劑用超純水清洗，室溫下自然干燥。

為測試材料的催化活性，采用表面納米多孔NiMoCu催化劑為工作電極，金片為輔助電極，Ag/AgCl電極為參比電極，在1M KOH中進(jìn)行線性掃描伏安(LSV)測試。測試電位窗口為-0.9～-1.4V(vs.Ag/AgCl)，掃描速率為5mV·s -1，并將電流換算為電流密度。測試結(jié)果如圖4所示(實驗數(shù)據(jù)經(jīng)IR補(bǔ)償)。經(jīng)計算表面納米多孔NiMoCu的Tafel斜率為96mV·dec -1，電流密度為10mA·cm -2時的過電位為90mV。

為了進(jìn)一步測試表面納米多孔NiMoCu催化劑的電化學(xué)性能，對其進(jìn)行交流阻抗(EIS)測試。圖7為刻蝕電位為1.25V、不同刻蝕時間下制得材料的EIS圖。由圖可見隨著刻蝕參數(shù)的逐步優(yōu)化，相應(yīng)材料的電荷轉(zhuǎn)移阻抗(R ct)也一致減小，其中300s下制得的表面納米多孔NiMoCu催化劑具有最小的電荷轉(zhuǎn)移阻抗，說明其具有最高的相界面交換效率和電子傳導(dǎo)能力，這也解釋了其優(yōu)異的HER性能。

為測試材料的長時間工作下的穩(wěn)定性，對表面納米多孔NiMoCu催化劑進(jìn)行循環(huán)伏安掃描和計時電流測試，循環(huán)伏安掃描電位區(qū)間在-0.2～0.3V vs.RHE，掃描速率為0.1V·s -1。由圖8可以看出，表面納米多孔NiMoCu催化劑第1000圈的電流密度較第一圈沒有明顯減小。另外，將表面納米多孔NiMoCu催化劑置于100mV下長時間工作12個小時，仍保持較大的電流密度，表明其穩(wěn)定性較好。

表面納米多孔NiMoCu催化劑的制備方法.pdf