CN114293201A - 一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将六水合硫酸镍和七水合硫酸亚铁加入水中溶解，得到溶解液；(2)选取氯化钠、硼酸、柠檬酸钠、苯亚磺酸剂、十二烷基硫酸钠和糖精为调节剂原料，将其依次添加至溶解液中，混合均匀，得到墨绿色透明混合溶液；(3)调节混合溶液的pH值至3‑3.5，得到电镀液；(4)将电镀液转移至电镀槽中，升温至45‑55℃；(5)选用镍网为载体，使用电化学工作站，采用计时电流法进行电沉积，得到镍铁合金催化剂。本发明通过电沉积条件的控制，配合改变镀液组成等调控镀层组分、形貌结构，从而精准控制镍铁催化剂的电催化性能，使催化剂兼具良好的催化性能和稳定性能。
Description
技术领域
本发明涉及电解水制氢催化剂领域，具体地说是涉及一种用作电解水制氢的镍铁合金析氧催化剂的制备方法。
背景技术
氢具有清洁、能量密度高等优点，是未来最有潜力的能源载体，将在解决能源危机与全球变暖问题中发挥重要作用。电解水制氢技术可以利用太阳能、风能等可再生能源，被普遍认为是未来大规模可持续发展的制氢路径。但是电解水过程涉及到产氢和产氧两个半反应，反应发生过程中会产生过电位，且析氧反应的过电位占主要部分。因此，开发析氧催化剂具有重要意义。
铂族贵金属、合金、氧化物及其复合材料是OER(电催化产氧)体系中性能最理想的催化剂，但其在地壳中含量极低，在世界上产量不多，价格高昂，因此需开发价格低廉、分布广泛的催化剂来替代贵金属催化剂。有研究者用等离子雕刻法设计了富CO2+的Co3O4纳米片，不仅具有更大的表面积，具备更多活性位点，而且在Co3O4表面上产生氧空位，为OER产生更多的活性缺陷，因而具有比Co3O4高10倍的比催化活性。但此法步骤繁琐，无法实现工业化生产。
申请公布号为CN109647447A的中国发明专利公开了一种水热法合成Ni(OH)2-NiTe2复合电解水催化剂。该催化剂具有优异析氧性能，但是制备方法需要在反应釜中长时间高温加热，随后再在110℃的烘箱中反应12h等，最后让其降至室温，能耗大，反应时间长，步骤复杂，且合成的催化剂容易脱落，稳定性较差，不利于大规模生产。
发明内容
基于上述技术问题，本发明提出一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法。
本发明所采用的技术解决方案是：
一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将六水合硫酸镍和七水合硫酸亚铁加入水中溶解，得到溶解液；
(2)选取氯化钠、硼酸、柠檬酸钠、苯亚磺酸剂、十二烷基硫酸钠和糖精为调节剂原料，将其依次添加至溶解液中，或先将其混合，再添加至溶解液中，混合均匀，得到墨绿色透明混合溶液；
(3)调节混合溶液的pH值至3-3.5，得到电镀液；
(4)将电镀液转移至电镀槽中，升温至45-55℃；
(5)选用镍网为载体，使用电化学工作站，采用计时电流法进行电沉积，得到镍铁合金催化剂。
优选的，步骤(1)中：溶解液中硫酸镍的摩尔浓度为0.75-0.8mol/L，溶解液中硫酸亚铁的摩尔浓度为0.1-0.2mol/L。
优选的，步骤(2)中：每100ml溶解液中，需要添加1-3g氯化钠、4-5g硼酸、2-4g柠檬酸钠、0.03-0.05g苯亚磺酸剂、0.02-0.04g十二烷基硫酸钠和0.4-0.6g糖精。
更加优选，每100ml溶解液中，需要添加2g氯化钠、4.5g硼酸、3g柠檬酸钠、0.04g苯亚磺酸剂、0.03g十二烷基硫酸钠和0.5g糖精。
优选的，步骤(2)中：所述苯亚磺酸剂采用苯亚磺酸钠。
优选的，步骤(3)中：采用3mol/L的硫酸溶液作为pH调节液，进行混合溶液的pH值调节。
优选的，步骤(5)中：选用镍铁网为电镀阳极，镍网为阴极；镍网在进行电沉积之前先进行预处理，具体步骤是：将镍网裁剪成相应尺寸，先用硫酸清洗除油，然后依次用乙醇、超纯水超声清洗，最后真空干燥。
优选的，将镍网裁剪成5cm×5cm的镍片，电沉积时，控制电流密度为20mA/cm2。
优选的，步骤(5)中：电沉积时间为1200-1500s。
本发明的有益技术效果是：
1、本发明提供了一种通过电沉积一步法合成电解水制氢的镍铁析氧合金催化剂的制备方法，即在一定温度下，采用直流电流直接电沉积得到催化剂，电沉积设备简单，且不需要其他辅助设备，方法便捷，成本低廉，与其他方法相比反应时间大幅缩短。
2、本发明制备方法以通过控制电压或电流来调控其形核速率和生长速率，通过控制沉积时间来改变镀层厚度，同时配合改变镀液组成和沉积条件等调控镀层组分、形貌结构，从而精准控制电沉积材料的电催化性能。再结合以镍网为载体，使最终制备的镍铁合金催化剂产物形貌尺寸均匀，兼具良好的催化性能和稳定性能。本发明电镀液中氯化钠用作氯源的补充剂，来维持电沉积过程中的电荷平衡，以提高镀层均匀度，柠檬酸钠和苯亚磺酸钠作为稳定剂，使得镍元素跟铁元素在镀液中能最大程度的以离子形式存在，十二烷基硫酸钠作为表面活性剂，减小沉积物与基体之间的界面位阻，使镀层与基体之间粘结得更牢固，硼酸根离子的引入，增加了阳离子空位，使金属离子与氧化物之间的结合能力得到加强，抑制了铁离子的溶解，从而提高了催化剂的稳定性。本发明首次提出以电流密度为沉积变量，结合沉积时间、电流密度等的关系，并考虑金属离子沉积电位，计算出理论金属离子的负载量。改变了以往的固定电压跟固定电流的模式，以较低的电流密度进行电沉积，可以有效地避免因过大电流引起的镀液中金属离子团聚问题，使镀层均一稳定，不易脱落。通过控制电沉积的时间，可以得到单层的镀层，避免出现多层镀层而活性位点被覆盖的现象。
3、本发明制备方法中催化剂与载体之间生成化学键，不易脱落，稳定性较好，且电沉积镀液可多次使用，中间不产生有毒有害、易挥发物质，绿色环保，成本低。
附图说明
下面结合附图与具体实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明实施例1中制得的镍铁合金催化剂的扫描电镜图；
图2为通过电化学工作站测试本发明实施例1制得的镍铁合金催化剂的电解水性能图；
图3为通过电解槽蓝电测试催化剂的电解水性能图；
图4为稳定测试40小时后，催化剂的电解水性能图；
图5为本发明应用例中所涉及蓝电电池测试系统的结构简图。
图中：1-蠕动泵，2-电解槽，3-蓝电电池测试装置，4-电解液储存罐。
具体实施方式
实施例1
首先对镍网预处理，将镍网裁剪成尺寸为5cm×5cm的镍片，用1M的硫酸清洗除油，并超声15min；之后将酸处理的镍网用乙醇、超纯水超声15min，最后70℃真空干燥25min。其次，将六水合硫酸镍和七水合硫酸亚铁加入水中溶解，得到溶解液，溶解液中硫酸镍的浓度为0.75摩尔每升，硫酸亚铁的浓度为0.15摩尔每升，溶解液总体积200mL。再将4g氯化钠、9g硼酸、6g柠檬酸钠、0.08g苯亚磺酸剂、0.06g十二烷基硫酸钠、1g糖精依次加入上述溶解液中，并使其溶解，混合均匀，得到墨绿色透明混合溶液。然后，使用pH计(加搅拌)调节上述溶液的pH至3.5，pH调节液为3M的硫酸溶液，得到电镀液。最后，将电镀液移至电镀槽中，电镀槽用恒温水浴锅加热至55℃，电镀阳极为镍铁网(5cm×5cm)，阴极为预处理的镍网，电沉积设备为上海辰华660D电化学工作站，绿线连接阳极，红线跟白线连接阴极，在20mA/cm2的电流密度下，采用计时电流法电沉积1500s。制得的镍铁催化剂用超纯水清洗， 60℃干燥，即可完成。
实施例2
首先对镍网预处理，将镍网裁剪成尺寸为5cm×5cm的镍片，用1M的硫酸清洗除油，并超声15min；之后将酸处理的镍网用乙醇、超纯水超声15min，最后70℃真空干燥25min。其次，将六水合硫酸镍和七水合硫酸亚铁加入水中溶解，得到溶解液，溶解液中硫酸镍的浓度为0.8摩尔每升，硫酸亚铁的浓度为0.15摩尔每升，溶解液总体积200mL。再将4g氯化钠、9g硼酸、6g柠檬酸钠、0.08g苯亚磺酸剂、0.06g十二烷基硫酸钠、1g糖精加入上述溶解液中，并使其溶解，混合均匀，得到墨绿色透明溶液。然后，使用pH计(加搅拌)调节上述溶液的pH至3，pH调节液为3M的硫酸溶液，得到电镀液。最后，将电镀液移至电镀槽中，电镀槽用恒温水浴锅加热至45℃，电镀阳极为镍铁网(5cm×5cm)，阴极为预处理的镍网，电沉积设备为上海辰华660D电化学工作站，绿线连接阳极，红线跟白线连接阴极，在30mA/cm2的电流密度下，采用计时电流法电沉积1200s。制得的镍铁催化剂用超纯水清洗，60℃干燥，即可完成。
实施例3
首先对镍网预处理，将镍网裁剪成尺寸为5cm×5cm的镍片，用1M的硫酸清洗除油，并超声15min；之后将酸处理的镍网用乙醇、超纯水超声15min，最后70℃真空干燥25min。其次，将六水合硫酸镍和七水合硫酸亚铁加入水中溶解，得到溶解液，溶解液中硫酸镍的浓度为0.75摩尔每升，硫酸亚铁的浓度为0.1摩尔每升，溶解液总体积200mL。再将3g氯化钠、10g硼酸、5g柠檬酸钠、0.06g苯亚磺酸剂、0.08g十二烷基硫酸钠、1g糖精依次加入上述溶解液中，并使其溶解，混合均匀，得到墨绿色透明混合溶液。然后，使用pH计(加搅拌) 调节上述溶液的pH至3.5，pH调节液为3M的硫酸溶液，得到电镀液。最后，将电镀液移至电镀槽中，电镀槽用恒温水浴锅加热至50℃，电镀阳极为镍铁网(5cm×5cm)，阴极为预处理的镍网，电沉积设备为上海辰华660D电化学工作站，绿线连接阳极，红线跟白线连接阴极，在20mA/cm2的电流密度下，采用计时电流法电沉积1300s。制得的镍铁催化剂用超纯水清洗， 60℃干燥，即可完成。
实施例4
首先对镍网预处理，将镍网裁剪成尺寸为5cm×5cm的镍片，用1M的硫酸清洗除油，并超声15min；之后将酸处理的镍网用乙醇、超纯水超声15min，最后70℃真空干燥25min。其次，将六水合硫酸镍和七水合硫酸亚铁加入水中溶解，得到溶解液，溶解液中硫酸镍的浓度为0.75摩尔每升，硫酸亚铁的浓度为0.2摩尔每升，溶解液总体积200mL。再将5g氯化钠、 8g硼酸、6g柠檬酸钠、0.08g苯亚磺酸剂、0.08g十二烷基硫酸钠、1g糖精依次加入上述溶解液中，并使其溶解，混合均匀，得到墨绿色透明混合溶液。然后，使用pH计(加搅拌)调节上述溶液的pH至3.5，pH调节液为3M的硫酸溶液，得到电镀液。最后，将电镀液移至电镀槽中，电镀槽用恒温水浴锅加热至55℃，电镀阳极为镍铁网(5cm×5cm)，阴极为预处理的镍网，电沉积设备为上海辰华660D电化学工作站，绿线连接阳极，红线跟白线连接阴极，在20mA/cm2的电流密度下，采用计时电流法电沉积1500s。制得的镍铁催化剂用超纯水清洗， 60℃干燥，即可完成。
使用上海辰华660D电化学工作站对本发明实施例1中制得的镍铁合金催化剂电解水催化活性及稳定性进行测试，以碳棒为对电极，汞/氧化汞为参比电极，镍网负载的镍铁合金为工作电极，1M的KOH溶液为电解质溶液。在0v～1v电压内，以50毫安每秒的扫速进行循环伏安扫描20次，再在0v～1v电压内，以5毫安每秒的扫速进行线性伏安扫描，即可得到该催化剂催化水产氧的极化曲线，如图2所示，本发明制备的镍铁合金催化剂在100mA/cm2的电流密度下，过电位仅有245mv。相较之下，在相同的电流密度下，商业的催化剂过电位360mv。
使用蓝电电池测试系统对本发明实施例1中制得的镍铁合金催化剂电解水催化活性及稳定性进行测试。温度为80℃，电解水发生装置为5cm×5cm电解槽，电解液为30％wt的KOH 溶液，碱液输送设备为蠕动泵，析氧端为镍网负载的镍铁合金催化剂，析氢端为纯镍网。使用蓝点系统固定测试电流，从1A的恒定电流开始，电解90s，得到对应电流下的过电位，之后增大测试电流，步取为1A，直至测试电流为10A。每组数据的有效过电位取后30s过电位的均值，作图，即可得到催化剂的产氧极化曲线，如图3所示，在电解槽上测试，在1.8v的电压下，本发明的电流密度可达到200mAcm-2,而商业的仅在120mAcm-2。由此可看出，本发明的催化剂性能较商业的大幅提升，同时，在维持较好的催化性能下，本发明的催化剂还具有优异的稳定性能，可在100mAcm-2的电流密度下，持续工作40小时。如图4所示，在稳定测试40小时后，催化剂的性能仅下降3％。
上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。
应当理解的是，本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落于本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)将六水合硫酸镍和七水合硫酸亚铁加入水中溶解，得到溶解液；
(2)选取氯化钠、硼酸、柠檬酸钠、苯亚磺酸剂、十二烷基硫酸钠和糖精为调节剂原料，将其依次添加至溶解液中，或先将其混合，再添加至溶解液中，混合均匀，得到墨绿色透明混合溶液；
(3)调节混合溶液的pH值至3-3.5，得到电镀液；
(4)将电镀液转移至电镀槽中，升温至45-55℃；
(5)选用镍网为载体，使用电化学工作站，采用计时电流法进行电沉积，得到镍铁合金催化剂。
2.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中：溶解液中硫酸镍的摩尔浓度为0.75-0.8mol/L，溶解液中硫酸亚铁的摩尔浓度为0.1-0.2mol/L。
3.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：每100ml溶解液中，需要添加1-3g氯化钠、4-5g硼酸、2-4g柠檬酸钠、0.03-0.05g苯亚磺酸剂、0.02-0.04g十二烷基硫酸钠和0.4-0.6g糖精。
4.根据权利要求3所述的一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于：每100ml溶解液中，需要添加2g氯化钠、4.5g硼酸、3g柠檬酸钠、0.04g苯亚磺酸剂、0.03g十二烷基硫酸钠和0.5g糖精。
5.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：所述苯亚磺酸剂采用苯亚磺酸钠。
6.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(3)中：采用3mol/L的硫酸溶液作为pH调节液，进行混合溶液的pH值调节。
7.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中：选用镍铁网为电镀阳极，镍网为阴极；镍网在进行电沉积之前先进行预处理，具体步骤是：将镍网裁剪成相应尺寸，先用硫酸清洗除油，然后依次用乙醇、超纯水超声清洗，最后真空干燥。
8.根据权利要求7所述的一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于：将镍网裁剪成5cm×5cm的镍片，电沉积时，控制电流密度为20mA/cm2。
9.根据权利要求1所述的一种用于电解水制氢的镍铁催化剂的制备方法，其特征在于，步骤(5)中：电沉积时间为1200-1500s。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114934291A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-23 | 同济大学 | 一种基于非均匀电沉积的碱水电解槽分区电极及制备方法 |
| CN114990627A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-09-02 | 长沙理工大学 | 一种NiFe LDHs-NiFe合金梯度过渡催化材料及其应用 |
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Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 《金属家具制造》编写组: "《金属家具制造》", 30 April 1986, 轻工业出版社 第一版 * |
| HOON KEE PARK ET AL.: "Grain Boundaries Boost Oxygen Evolution Reaction in NiFe Electrocatalysts", 《SMALL METHODS》 * |
| 金军: "电沉积镍铁合金及其催化析氧性能研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114934291A (zh) * | 2022-04-29 | 2022-08-23 | 同济大学 | 一种基于非均匀电沉积的碱水电解槽分区电极及制备方法 |
| CN114934291B (zh) * | 2022-04-29 | 2023-08-04 | 同济大学 | 一种基于非均匀电沉积的碱水电解槽分区电极及制备方法 |
| CN115074770A (zh) * | 2022-06-16 | 2022-09-20 | 中国船舶重工集团公司第七一八研究所 | 一种镍铁合金高效析氧电极的制备方法 |
| CN114990627A (zh) * | 2022-07-13 | 2022-09-02 | 长沙理工大学 | 一种NiFe LDHs-NiFe合金梯度过渡催化材料及其应用 |
| CN114990627B (zh) * | 2022-07-13 | 2023-12-01 | 长沙理工大学 | 一种NiFe LDHs-NiFe合金梯度过渡催化材料及其应用 |
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