一种镍/氮掺杂的碳微球复合析氢电极的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107326395A(43)申请公布日2017.11.07(21)申请号201710488063.X(22)申请日2017.06.23(71)申请人燕山大学地址066004河北省秦皇岛市海港区河北大街西段438号(72)发明人邵光杰王丽欣尹旭才杜静张佩佩李瑶(74)专利代理机构秦皇岛一诚知识产权事务所(普通合伙)13116代理人续京沙(51)Int.Cl.C25B11/06(2006.01)C25B1/04(2006.01)C25D15/00(2006.01)C25D3/12(2006.01)权利要求书1页说明书9页附图4页(54)发明名称一种镍/氮掺杂的碳微球复合析氢电极的制备方法(57)摘要一种镍/氮掺杂的碳微球复合析氢电极的制备方法，其主要步骤包括：首先以葡萄糖或蔗糖作为碳源，乙二胺作为氮源，通过调控水热时间和碳源的浓度，制备得到具有不同大小和表面特征的掺氮的碳微球；将掺氮的碳微球和氨基磺酸镍镀液复合，通过简易的电沉积的方法制备出具有较大表面积和超高催化活性的镍/氮掺杂的碳微球复合析氢电极；其中经过超声和酸化处理的泡沫镍基底作为电沉积阴极，三维骨架结构为复合电极提高较大的表面积。本发明制备的镍/氮掺杂的碳微球复合电极具有独特结构、大的比表面积和优异稳定的催化析氢性能。CN107326395ACN107326395A权利要求书1/1页1.一种具有优异性能的镍/氮掺杂的碳微球复合析氢电极的制备方法，其特征在于：它包括如下步骤：(1)泡沫镍基底的预处理首先将泡沫镍基底浸入盛有去离子水的容器中，超声处理20min；再将泡沫镍放入质量比为1:1的乙醇和丙酮的混合溶液中进行去油处理20min；然后将泡沫镍浸入3MHCl溶液中酸化处理30s，目的是去除镍表面的氧化膜；最后用去离子水将泡沫镍清洗至中性，吹干备用；(2)水热法制备氮掺杂的碳微球碳源为葡萄糖或蔗糖的一种，氮源为乙二胺溶液，按10mL去离子水加入0.5-2g葡萄糖或蔗糖的比例，将葡萄糖或蔗糖加入去离子水中，并按乙二胺与去离子水的体积比为1:300的比例，再加入乙二胺，在室温下磁力搅拌10min，形成均匀混合溶液，然后转移到聚四氟乙烯内胆，密封于不锈钢高压反应釜中，水热反应的温度为180℃，水热反应时间为4-10h；待冷却后取出混合溶液，用去离子水进行离心洗涤，直至pH＝5-7，并在50℃下干燥24h，最后得到直径为20nm-3μm的掺氮的碳微球；(3)电沉积制备镍/氮掺杂的碳微球复合催化电极以蒸馏水作为溶剂，每立升镀液含氨基磺酸镍350g、氯化镍10g、氯化铵30g和步骤(2)制备的氮掺杂的碳微球0.1-2.0g，镀液pH值为3.5-3.8，将复合镀液在150W的超声功率下处理2h，得到均一的、墨绿色的复合镀液；将制备好的复合镀液置于容器中，电沉积过程中采用2×2cm的镍板作为阳极，2×2cm的泡沫镍作为阴极，两电极的间距为5cm，电沉积时间为60min，电沉积温度为45℃，电沉积电流密度为3A/dm2，最后，将制备的复合镀层用去离子水洗涤并干燥，得到镍/氮掺杂的碳微球复合催化析氢电极。2CN107326395A说明书1/9页一种镍/氮掺杂的碳微球复合析氢电极的制备方法技术领域[0001]本发明属于制氢技术领域，特别涉及一种析氢电极的制备方法。技术背景[0002]当前世界上的主要能源是煤、石油和天然气，但是它们的储量有限，也正在逐渐减少，而且由于这些燃料含有碳、硫和尘埃等，因此它们的燃烧产物中含有大量的COx、SOx及NOx，对环境污染极其严重。最新研究表明，目前全球石油的消费趋势，地球上可采集的石油资源最多能使用到21世纪末。随着石化燃料消耗量的逐渐增大和储量的逐年减少，以及人类对环境保护的日益重视，人们到开发绿色的可再生能源的急迫性日益增强，研究和开发新能源已迫在眉睫。[0003]氢能作为一种高效、洁净和理想的二次能源，自二十世纪70年代以来受到了世界各国的广泛关注。作为一种可再生的二次能源，氢能清洁、来源广、热值高、燃烧稳定性好，并且可以以气态、液态或固体的金属氢化物存在，能适应贮运及各种应用环境的不同要求。氢释放能量后的副产物是水，对环境友好，是一种理想能源。然而，目前90％以上的氢气都是通过化石燃料制取的，这类制氢方法没有可持续性，不能从根本上解决能源危机。电解水制氢技术是一种可持续发展的制氢方法，具有广泛的应用前景。对于电解制氢工业而言，由于析氢过电位的存在，其发展受到高能耗，低能量转化效率的制约，因此通过制备具有高催化活性的阴极析氢材料来降低析氢过电位，减少能耗已成为电解水制氢技术发展的关键。[0004]传统的低析氢过电位的电极材料主要有Pt、Pd等贵金属，这些贵金属在地球上储量稀少，