一种析氢电极及其制备方法和应用.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CN114134529A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111441655.9C25B1/04(2021.01)(22)申请日2021.11.30(71)申请人燕山大学地址066004河北省秦皇岛市河北大街西段438号(72)发明人宋来洲杨帆林子乔杨淑琴王秀丽李泽雅马亚龙宋梓陌刘翠翠王婧伊(74)专利代理机构北京市诚辉律师事务所11430代理人刘婷朱伟军(51)Int.Cl.C25B11/054(2021.01)C25B11/065(2021.01)C25B11/095(2021.01)权利要求书1页说明书9页附图3页(54)发明名称一种析氢电极及其制备方法和应用(57)摘要本申请属于功能材料技术领域，特别是涉及一种析氢电极及其制备方法和应用。目前，铂基材料由于其快速动力学和较低过电位，被认为是高性能的电催化剂，但成本高和稀缺性限制了其大规模应用。本申请提供了一种水电解析氢电极用于还原氧化石墨的制备，首先在表面清洁的碳布上载负磷化钴/磷化镍，制备高效的磷化钴/磷化镍/碳布阴极析氢电极，然后采用电化学析氢工序实现对氧化石墨的还原处理，继而制得品质优良的氧化石墨烯功能材料。本申请制备工艺简单高效、成本低廉、绿色无污染、易于工业化应用，该方法实现了氧化石墨的高效还原，并且拓展了电化学析氢技术的工程应用。CN114134529ACN114134529A权利要求书1/1页1.一种析氢电极，其特征在于：所述析氢电极由如下原料组成：亲水碳布、硝酸镍、尿素、氟化铵、硝酸钴、2‑甲基咪唑和次亚磷酸钠；所述原料的质量比为：亲水碳布：硝酸镍：尿素：氟化铵：硝酸钴：2‑甲基咪唑：次亚磷酸钠＝0.05～0.06：0.45～0.50：0.45～0.50：0.18～0.20：0.55～0.60：1.30～1.35：0.50～0.75。2.如权利要求1所述的析氢电极，其特征在于：所述原料的质量比为：亲水碳布：硝酸镍：尿素：氟化铵：硝酸钴：2‑甲基咪唑：次亚磷酸钠＝0.05：0.48：0.48：0.19：0.58：1.32：0.5。3.一种根据权利要求1或2所述的析氢电极的制备方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：(1)对碳布进行亲水处理得到亲水碳布；(2)按比例依次将硝酸镍、尿素和氟化铵加入去离子水中搅拌得到前驱液，将所述前驱液与所述亲水碳布进行水热反应后清洗干燥得到氢氧化镍/碳布；(3)按比例取硝酸钴和2‑甲基咪唑，将所述硝酸钴溶于甲醇溶液中，将所述2‑甲基咪唑溶于甲醇溶液中，将含有2‑甲基咪唑的甲醇溶液缓慢滴加到含有硝酸钴的甲醇溶液中，得到深紫色的均匀溶液，将所述氢氧化镍/碳布浸渍于所述深紫色均匀溶液中进行反应后清洗干燥得到钴金属有机框架/氢氧化镍/碳布；(4)将所述钴金属有机框架/氢氧化镍/碳布与次亚磷酸钠粉末置于管式炉炉膛中对所述钴金属有机框架/氢氧化镍/碳布进行磷化处理后得到磷化钴/磷化镍/碳布电极。4.如权利要求3所述的析氢电极的制备方法，其特征在于：所述对碳布进行亲水处理包括利用65％～68％的浓硝酸对所述碳布进行亲水处理。5.如权利要求3所述的析氢电极的制备方法，其特征在于：所述氢氧化镍/碳布制备包括将亲水处理后的碳布与所述前驱液同时转移至不锈钢反应釜中，将密封好的不锈钢反应釜放入温度为120～140℃的电炉炉膛内进行水热反应6～8h，待炉子冷却至室温后，将载负氢氧化镍的碳布取出并分别用去离子水和无水乙醇各清洗三次，之后在60～80℃干燥处理10～12h，制得氢氧化镍/碳布。6.如权利要求3所述的析氢电极的制备方法，其特征在于：所述管式炉炉膛的温度以1.5～2.5℃/min的升温速率升至280～320℃，在所述温度下磷化处理1.5～2.5h。7.一种对权利要求1～6中任一项制备的析氢电极的应用，其特征在于：以所述析氢电极为工作电极对氧化石墨进行电催化析氢还原制得还原氧化石墨。8.如权利要求7所述的析氢电极的应用，其特征在于：以所述析氢电极为工作电极，Ag/AgCl电极为参比电极，铂电极为对电极，以含有磷酸盐的氧化石墨溶液为电解液制备还原氧化石墨。9.如权利要求7所述的析氢电极的应用，其特征在于：所述氧化石墨溶液的制备包括将氧化石墨加入去离子水中，超声分离后得到氧化石墨分散液，在所述氧化石墨分散液中加入磷酸二氢钾和磷酸氢二钾，搅拌至溶解，溶液混合均匀后得到氧化石墨溶液。10.如权利要求9所述的析氢电极的应用，其特征在于：所述氧化石墨以石墨为初始原料，浓硫酸，硝酸钠和高锰酸钾为氧化剂，利用改性Hummers法进行制备，并反复离心，水洗至中性后，冷冻干燥获得亮黄色的氧化石墨。2CN114134529A说明书1/9页一种析氢电极及其制备方法和应用技术