一种具有赫硫镍矿结构的全解水催化电极、室温制备方法及其在碱性电解水中的应用

技术领域

本发明属于电解水技术领域，具体涉及一种具有赫硫镍矿结构的全解水催化电极、室温制备方法及其在碱性电解水中的应用。

背景技术

氢气是一种能量密度极高的能量载体，具有零污染、零碳排放、可长期存储等优点，作为可再生能源的“介质”能够将电能清洁的储存和释放。氢能将在可再生能源占主导地位的能源体系中扮演举足轻重的角色。利用可再生能源发电系统和电解水技术耦合制备的“绿氢”，是一种更加清洁环保的氢气制取方式。碱性电解水制氢是当前唯一满足大规模工程应用的电解水制氢方案，具有技术成熟、成本低等优势，在大型制氢项目中担当“主角”。

电极是碱性电解槽的核心，决定了制氢设备的能耗和电解槽的技术水平。在碱性电解槽电解电堆的成本组成中，超过50％的成本与电极/膜片组件相关，市场规模巨大。目前大型电解槽中使用的催化剂大多是Ni基的，纯镍网、泡沫镍或者以此为基底喷涂的高活性Ni基催化剂(雷尼镍、活化处理的硫化镍、NiMo合金或者活化处理的NiAl等)制造工艺复杂且性能有待提升，并且在整个水分解反应过程中缺乏长期稳定性。因此，发展新型的电催化剂来降低反应电位，从而减少能量损耗、提高转化效率，是碱性电解槽发展中的重要课题。

发明内容

本发明通过简单的室温表面活化策略，在镍铁基材表面形成赫硫镍矿结构的(Ni,Fe)

本发明的第一个目的是提供一种具有赫硫镍矿结构的全解水催化电极的室温快速制备方法，其是将硼酸溶于水制备成水溶液，室温下将镍铁基材放入该溶液中充分浸渍，再将浸渍过的镍铁基材置于硫基改性剂水溶液中在室温下浸渍反应；反应完成后，用水冲洗镍铁基材以除去表面残留的混合溶液，在室温下自然风干，从而得到本发明所述的具有赫硫镍矿结构的全解水催化电极。

上述方法中，镍铁基材为任意镍铁比例的镍铁合金基材，包括泡沫镍铁、镍铁片、镍铁纤维等。

上述方法中，硫基改性剂为含硫试剂，包括但不限于硫脲(CH4N2S)、硫氢化钠(NaHS)、硫化钠(Na

上述方法中，镍铁基材在硼酸水溶液中的浸渍的时间为90～120min。

上述方法中，硼酸水溶液中硼酸的浓度为0.5～0.9mol/L。

上述方法中，浸渍过的镍铁基材在硫基改性剂水溶液中的反应时间为50～80min。

上述方法中，硫基改性剂水溶液中，改性剂的浓度为0.01～0.03mol/L。

本发明的第二目的是提供一种具有赫硫镍矿结构的全解水催化电极，其是由上述方法制备得到。

本发明的第三目的是提供上述一种具有赫硫镍矿结构的全解水催化电极在碱性电解水中的应用。

有益效果

1、(Ni,Fe)

2、(Ni,Fe)

3、相比于现有碱性电解水技术应用的雷尼镍电极，(Ni,Fe)

附图说明

图1为本发明实施例1制备的(Ni,Fe)

图2为本发明实施例1制备的(Ni,Fe)

图3为本发明实施例1制备的(Ni,Fe)

图4为本发明实施例1制备的(Ni,Fe)

具体实施方式

下面参考具体实施例，对本发明进行说明。下述实施例中所取工艺条件数值均为示例性的，其可取数值范围如前述发明内容中所示，对于未特别注明的工艺参数，可参照常规技术进行。除特别指出，本发明提供的技术方案中所用试剂、仪器均可由常规渠道或市场购得。

实施例1

在2L去离子水中加入90g硼酸(0.7mol/L)，将泡沫镍铁基材放入该硼酸水溶液中充分浸渍100min，再将浸渍好的泡沫镍铁，放到含有3g硫脲(0.02mol/L)的2L水溶中浸渍反应60min，用去离子水冲洗除去镍铁基材表面残留的混合溶液，在室温下进自然风干，即可得到表面改性的(Ni,Fe)

对上述方法制得的样品进行了一些结构表征和性能测试。

图1所示，表明成功合成了具有赫硫镍矿结构的(Ni,Fe)

考虑到(Ni,Fe)

实施例2

与实施例1相同，只是将硫脲的质量换成1.5g(0.01mol/L)和4.5g(0.03mol/L)充分浸渍60min，其余条件不变，即可得到表面改性的泡沫镍铁电极。在6M KOH碱性电解液中，电流密度为100mA cm

实施例3

与实施例1相同，只是将硼酸的质量换成75g(0.6mol/L)和110g(0.9mol/L)充分浸渍100min，其余条件不变，即可得到表面改性的泡沫镍铁电极。在6M KOH碱性电解液中，电流密度为100mA cm

实施例4

与实施例1相同，只是将在硼酸溶液中浸渍时间改为90min、110min和120min，其余条件不变，即可得到表面改性的泡沫镍铁电极。在6M KOH碱性电解液中，电流密度为100mAcm

实施例5

与实施例1相同，只是将在硫基改性剂水溶液中浸渍时间改为50min、70min和80min，其余条件不变，即可得到表面改性的泡沫镍铁电极。在6M KOH碱性电解液中，电流密度为100mA cm

实施例6

与实施例1相同，只是将硫脲换成硫化钠(3.1g)，在硫基改性剂水溶液中充分浸渍60min，其余条件不变，即可得到表面改性的泡沫镍铁电极。在6M KOH碱性电解液中，电流密度为100mA cm

实施例7

与实施例1相同，只是将泡沫镍铁换成镍铁片，在硼酸水溶液中充分浸渍100min，其余条件不变，即可得到表面改性的泡沫镍铁电极。在6M KOH碱性电解液中，电流密度为100mA cm