一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法

1.本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法。


背景技术：

2.随着科技的进步，能源问题逐渐限制了工业化的进步，传统的化石燃料，即有限不可再生能源会带来严重的环境问题，并且面临着日渐枯竭的困境，这就迫切地需要一种清洁的、可再生的能源，其中氢能以其能量密度高、清洁无污染吸引了人们的注意力，目前工业化制备氢气的方法主要是来自于石油裂解，这几乎完全依赖于传统化石燃料，这就背离了我们的初衷。电解水技术以其清洁的彻底性，原材料的普遍性脱颖而出。目前最好的制氢催化剂为铂，但是因为它的价格昂贵、储量低故而难以大规模工业化，所以需要一种非贵金属催化剂来代替，以泡沫镍为基体的电催化剂性能优越，这意味着在制氢领域有非常好的前景。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法，所需药品成本较低，合成方法简单易操作，通过三口烧瓶对泡沫金属进行改性，在氢气析出反应(her)具有可观的性能，以此来解决或改善上述技术问题中的至少之一。
4.有鉴于此，本发明的第一方面在于提供一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法。
5.本发明的第二方面提供一种泡沫金属一体化改性电极。
6.本发明的第三方面提供一种泡沫金属一体化改性电极的应用。
7.本发明的第一方面在于提供一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法，包括：s1选取泡沫镍作为基体，并对其进行预处理。s2采用三口烧瓶油相合成的方法，在泡沫镍基体表面形成镀层。s3清洗干燥后即得到泡沫镍镀层后的电催化电极。
8.通过三口烧瓶一步油相合成的方法，我们在泡沫镍表面生长了金属纳米颗粒，从而大幅提高了电化学活性表面积，暴露了更多的活性位点，从而使活性有了大幅提升，同时由于油相合成方法的特殊性，使得泡沫镍电极在酸性条件下有较好的稳定性。
9.另外根据本发明的实施例提供的技术方案还可以具有如下附加技术特征：
10.上述任一技术方案中，所述s1的预处理步骤，具体包括：先将基体依次置于丙酮、乙醇、硫酸、去离子水中，并分别超声20-60min。然后将基体置于30-80℃的真空环境中干燥2-10h。
11.在该技术方案中，泡沫镍孔隙率选自80-130ppi，厚度选自0.8-1.8mm，硫酸浓度为0.1-2mol/l。
12.上述任一技术方案中，所述s2具体包括：s2-1，将一定量的乙酰丙酮镍、三正辛基氧化磷、油胺、十八烯置于三口烧瓶中，将上述基体浸入上述液体中；s2-2，对整个体系抽真
空处理，并在保护性气氛中进行反应；s2-3，最后采取程序升温的方法，对整个体系进行均匀的加热开始反应，反应结束后自然冷却至室温。
13.在该技术方案中，s2-1中，乙酰丙酮镍和三正辛基氧化磷的量为0.1-6mmol，油胺和十八烯的量为3-15ml。所述s2-2中，保护性气氛选自氢气、氩气、氦气、氮气。所述s2-3中首先升温至温度a保温0.2-1h，迅速升温至温度b，保温0.5-6h。温度a取自60-150℃，温度b取自180-260℃。
14.上述任一技术方案中，所述s3具体包括：将上述改性的泡沫镍用某种有机试剂清洗，在30-120℃真空环境中干燥1-10h。
15.在该技术方案中，某种有机试剂取自异丙醇、乙醇、环己烷、氯仿、丙酮、正己烷、甲苯中的一种或几种。
16.本发明的第二方面提供了一种泡沫金属一体化改性电极，采用如本发明第一方面任一所述的一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法制得。
17.本发明提供的一种泡沫金属一体化改性电极，由于其可以由上述任一技术方案的方法步骤实现，因而本发明的第二方面提供的一种电催化剂具备该一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法的全部技术效果，在此不再赘述。
18.本发明的第三方面提供了一种泡沫金属一体化改性电极的应用，所述电催化剂可用于酸性介质中的电催化析氢反应。
19.本发明提供的一种泡沫金属一体化改性电极由于油相合成改性的特殊性，使得在酸性析氢反应中具有优异的电催化性能。
20.该方法的实验条件精确可控，重复性好，本发明用于泡沫金属一体化电极的合成，是一种新型氢气析出反应her电催化剂的制备方法。该方法原材料价格低廉，来源广泛，合成方法简单易行。该过程在密闭体系中进行，可以有效地防止有毒物质的挥发。并且能够有效地增大泡沫金属的电化学表面积，提供更多的表面活性位点，有利于氢析出等反应的进行。
附图说明
21.附图仅用于展示具体实施例的目的，并不认为是对本发明的限制。
22.图1为本发明实施例1所得本发明的sem；
23.图2为本发明实施例1所得本发明的sem
24.图3为本发明实施例1所得本发明的xrd；
25.图4为本发明实施例1所得本发明在0.5m h2so4中测试双电层电容；
26.图5为本发明实施例1所得本发明在0.5m h2so4体系中测试极化曲线以及稳定性测试前后对比；
具体实施方式
27.以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。为了更清楚的理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例与实施例中的特征可以相互融合。
28.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以
采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，因此，本发明的的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
29.本发明的第一方面的实施例在于提供一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法，包括：s1选取泡沫镍作为基体，并对其进行预处理。s2采用三口烧瓶油相合成的方法，在泡沫镍基体表面形成镀层。s3清洗干燥后即得到泡沫镍镀层后的电催化电极。
30.具体的将泡沫镍裁剪为尺寸1*4cm2的片体。
31.上述任一实施例中，s1的预处理步骤，具体包括：先将基体依次置于丙酮、乙醇、硫酸、去离子水中，并分别超声20-60min。然后将基体置于30-80℃的真空环境中干燥2-10h。
32.在该实施例中，泡沫镍孔隙率选自80-130ppi，厚度选自0.8-1.8mm，硫酸浓度为0.1-2mol/l。
33.上述任一实施例中，所述s2具体包括：s2-1，将一定量的乙酰丙酮镍、三正辛基氧化磷、油胺、十八烯置于三口烧瓶中，将上述基体浸入上述液体中；s2-2，对整个体系抽真空处理，并在保护性气氛中进行反应；s2-3，最后采取程序升温的方法，对整个体系进行均匀的加热开始反应，反应结束后自然冷却至室温。
34.在该实施例中，s2-1中，乙酰丙酮镍和三正辛基氧化磷的量为0.1-6mmol，油胺和十八烯的量为3-15ml。所述s2-2中，保护性气氛选自氢气、氩气、氦气、氮气。所述s2-3中首先升温至温度a保温0.2-1h，迅速升温至温度b，保温0.5-6h。温度a取自60-150℃，温度b取自180-260℃。
35.上述任一实施例中，所述s3具体包括：将上述改性的泡沫镍用某种有机试剂清洗，在30-120℃真空环境中干燥1-10h。
36.在该实施例中，某种有机试剂取自异丙醇、乙醇、环己烷、氯仿、丙酮、正己烷、甲苯中的一种或几种。
37.本发明的第二方面提供了一种泡沫金属一体化改性电极，采用如本发明第一方面任一所述的一种泡沫金属一体化改性电极的制备方法制得。
38.本发明提供的一种泡沫金属一体化改性电极，由于其可以由上述任一技术方案的方法步骤实现，因而本发明的第二方面提供的一种电催化剂具备该一种泡沫金属一体化改性电极的全部技术效果，在此不再赘述。
39.本发明的第三方面提供了一种泡沫金属一体化改性电极的应用，所述电催化剂可用于酸性介质中的电催化析氢反应。
40.本发明提供的一种泡沫金属一体化改性电极由于油相合成改性的特殊性，使得在酸性析氢反应中具有优异的电催化性能。
41.实施例1
42.(01)将2块1*4cm2的泡沫镍(nf)，置于丙酮中超声20分钟，用无水乙醇和超纯水交替清洗三次。
43.(02)将(01)所得泡沫镍放在0.5m的h2so4中超声30min，用超纯水清洗3次。
44.(03)将(02)所得酸洗后泡沫镍在真空烘箱中40℃干燥6小时。
45.(04)取10ml油胺、5ml十八烯、2mmol乙酰丙酮镍、4mmol三正辛基氧化磷置于三口烧瓶中，将(03)所得泡沫镍置于三口烧瓶中，抽真空20min。
46.(05)在氮气保护下，120℃保持30min，迅速升温至230℃，保温2小时，自然冷却后
用乙醇清洗真空干燥即得到一体化电极。
47.(06)本例的电化学测试在常温常压条件下的三电极电解池中进行，对电极为碳棒，参比电极为饱和甘汞电极，工作电极为本实施例制备的泡沫镍改性耐酸腐蚀的电催化电极，电化学工作站为上海辰华chi760e，电解液为0.5m h2so4。
48.如图1所示，实施例1所得一体化电极的sem；
49.如图2所示，实施例1所得一体化电极的sem；
50.如图3所示，实施例1所得一体化电极的xrd
51.如图4所示，实施例1所得一体化电极在0.5m h2so4中测试双电层电容。
52.如图5所示，实施例1所得一体化电极在0.5m h2so4中极化曲线以及稳定性测试前后对比。