一种水电解制氢用高效长寿命多孔镍钼合金的制备方法与流程

本发明涉及一种水电解制氢用高效长寿命多孔镍钼合金的制备方法，具体属于多孔镍钼合金材料技术领域。

背景技术：

贵金属（pt）在氢气析出反应中由于起峰电位接近零毫伏，展现出了超高的电化学活性而被研究人员广泛应用于电解水制氢，但是从节约成本的角度上来看，这些贵金属元素价格昂贵而且在地球上的储量有限，无法实现可持续发展的道路，开发性能优异的廉价催化剂成为了近年来的研究热点。近年来人们广泛研究了过渡族金属的合金、硫化物、氮化物、碳化物、磷化物以及氢氧化物等廉价易得的析氢催化剂性能，如ni、fe、co和mo基及其相应的化合物等析氢催化剂。这些过渡族金属及其化合物具有成本低廉、资源充沛、易和成、环境友好等优点。但是仍存在导电性差、活性位点少、稳定性差等问题，因而限制了其代替pt贵金属催化剂，不能实现商业化应用。目前，水电解析氢用贱金属催化剂电极的制备通常采用传统绝缘的粘结剂固定活性物质或直接将活性物质沉积在基体上面，导致电极活性物质导电性能进一步降低、电解液与活性物质的接触面积减少、强析氢条件下活性物质易从基体脱落等，使得电极的电催化活性和稳定性仍然很难满足水电解制氢用析氧电极的实际使用要求。另外，采用真空或气氛（本项目采用方法属于气氛烧结）烧结法制备多孔贱金属催化剂电极近年来发展迅速，由于烧结方法和造孔剂的限制，很难获得超细孔隙，使得电极的比表面积不大，析氢电催化活性仍然偏低。

为使低成本过渡族金属合金满足水电解用析氢阴极的要求，电极必须同时具备导电性能好、比表面积大、析氢过电位低、电催化活性高、长寿命、低成本和绿色环保等指标，才可能实现大规模应用。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有三维多孔结构、高渗透性、比表面积大和导电性性能优异的多孔镍钼合金及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的技术问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种水电解制氢用高效长寿命多孔镍钼合金的制备方法包括以下步骤：

步骤1：镍、钼按1~8∶1~4的原子比计，将镍、钼的粉末按比例配好，并加入mg粉作为造孔剂，采用压片机压制成坯，其中压制压力为500~1000mpa，保压时间为10~60秒；所述的mg粉的加入量为镍、钼的粉末总质量的1%~25%；

步骤2：将步骤1压制成的样坯放置于氧化铝坩埚内，其后放入管式烧结炉中；管式烧结炉内充入纯度为99.999%的氩气，然后进行高温气氛烧结，得到多孔镍钼合金；烧结工艺具体为：以10~60℃/min的升温速率加热至900~1200℃，保温30~60min；

步骤3：关闭管式烧结炉，随管式烧结炉冷却至室温，获得电解水制氢用多孔镍钼合金。

所述的多孔镍钼合金的孔隙率为10%~50%，孔径为1~200μm。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用粉末冶金气氛烧结法，使用mg粉为造孔剂，将不同含量配比超细ni、mo粉和mg粉通过球磨后压制成型，通过高温（>800℃）气氛烧结制成多孔镍钼合金。该多孔镍钼合金具有三维多孔结构、高渗透性、高催化活性、比表面积大、导电性性能优异等优点，并且在碱性溶液中长期析氢过程中能够在其孔表面能够形成高催化性能的多元复合氢氧化物活性位点，适用于水电解制氢用析氢电极。

(2)本发明制备的多孔镍钼合金孔隙率可在10%~50%可控调节，孔径为1~200μm，硬度高，物相由ni基固溶体、β相、γ相、δ相和mo基固溶体单相或两两混合组成，在1mol/lkoh溶液中作为阴极材料具有较低的析氢过电位，大的析氢电流密度，更小的tafel斜率值以及良好的析氢稳定性。

附图说明

图1为mg含量为10%，气氛烧结900℃保温30min所获得的多孔镍钼合金的表面形貌；

图2为mg含量为10%，气氛烧结900℃保温30min所获得的多孔镍钼合金的xrd图谱；

图3为mg含量为10%，气氛烧结900℃保温30min所获得的多孔镍钼合金和pt电极的析氢极化曲线；

图4为mg含量为10%，气氛烧结900℃保温30min所获得的多孔镍钼合金在10ma/cm²的电流密度下其稳定性曲线；

图中：电解液：1mol/lkoh溶液；扫描速率：5mv/s。

具体实施方式

实施例1

镍、钼的粉末以原子比为1:3配好，再加入mg粉作为造孔剂，mg粉的质量百分比为10%。再采用压片机压制成坯，其中压制压力为600mpa，保压时间为30秒。然后将所得样坯放置于氧化铝坩埚内，再将坩埚放入管式烧结炉中；接着管内充入纯度为99.999%的氩气，控制管式烧结炉的输出功率，以20℃/min的升温速率加热至900℃，保温30min，随后关闭管式烧结炉，使试样随炉冷却获得可作为电解水制氢阴极材料的多孔镍钼合金。

显微结构及电解性能分析：

从图1中可以看出镍钼合金表面存在大量的大小不一的孔隙。

从图2中可以看出镍钼合金主要是由mo基固溶体和δ相化合物组成。

从图3中可以看出镍钼合金镍钼合金电极和pt电极在10ma/cm²和100ma/cm²电流密度下其过电位分别为36mv、52mv和213mv、183mv。可见其催化活性与pt电极相近。

从图4中可以看出镍钼合金在10ma/cm²电流密度下，其析氢过电位非常稳定。

实施例2

镍、钼的粉末以原子比为3:1配好，再加入mg粉作为造孔剂，mg粉的质量百分比为13%。再采用压片机压制成坯，其中压制压力为700mpa，保压时间为30秒。然后将所得样坯放置于氧化铝坩埚内，再将坩埚放入管式烧结炉中；接着管内充入纯度为99.999%的氩气，控制管式烧结炉的输出功率，以30℃/min的升温速率加热至1000℃，保温40min，随后关闭管式烧结炉，使试样随炉冷却获得可作为电解水制氢阴极材料的多孔镍钼合金。

实施例3

镍、钼的粉末以原子比为5:1配好，再加入mg粉作为造孔剂，mg粉的质量百分比为15%。再采用压片机压制成坯，其中压制压力为800mpa，保压时间为30秒。然后将所得样坯放置于氧化铝坩埚内，再将坩埚放入管式烧结炉中；接着管内充入纯度为99.999%的氩气，控制管式烧结炉的输出功率，以40℃/min的升温速率加热至1100℃，保温50min，随后关闭管式烧结炉，使试样随炉冷却获得可作为电解水制氢阴极材料的多孔镍钼合金。

技术特征：

技术总结
一种水电解制氢用高效长寿命多孔镍钼合金的制备方法采用粉末冶金气氛烧结法，Mg粉为造孔剂，将不同含量配比的超细Ni、Mo粉末和Mg粉通过球磨后压制成型，通过高温气氛烧结制成多孔镍钼合金。本发明多孔镍钼合金具有三维开孔结构、高渗透性、比表面积大的优点，并且在碱性溶液中长期析氢过程，在其表面能够形成高催化性能的多元复合氢氧化物活性位点，适用于水电解制氢用析氢电极。

技术研发人员：叶志国;商鹏飞;吴显通;彭新元;周益帆;王昕;孙学梅;李多生
受保护的技术使用者：南昌航空大学
技术研发日：2019.06.26
技术公布日：2019.09.10