一种活性多孔镍基催化剂、其制备方法及应用与流程

本发明属于电解水制氢，尤其涉及一种活性多孔镍基催化剂、其制备方法及应用。

背景技术：

1、由于化石燃料的使用导致全球能源需求的增加和气候变化，而氢气具有的最高能量密度、燃烧性能好、清洁无污染等优点受到广泛关注，促使人们加紧研究各种催化系统，以实现可再生能源和碳中性能源的转换和储存。我国为应对未来能源不足和环境治理等问题，提出来“碳中和，碳达峰”目标，利用可再生能源发电，再进行电催化水分解来生产氢气(h2)为这一目标提供了一种有前景的策略。近年来，随着新型发电技术(如太阳能发电、风力发电、核能发电、水力发电、地热发电等)的不断发展和电网系统的不断优化与升级，电解水制氢技术的优势被不断放大。

2、迄今为止，最有效的电解水催化剂是基于pt族的贵金属材料催化剂，这些贵金属催化剂由于稀缺性和成本高的限制，难以在实际应用中大规模使用。现在电解水制氢面临的最核心问题是高效、稳定、廉价的制氢电催化剂的开发。在非贵金属中，ni拥有更低的氢吸附自由能(δgh*)，更高的催化活性，在非贵金属中催化活性表现依次为ni＞mo＞co＞w＞te＞cu。但相比于贵金属来说，现有的ni基催化剂催化活性较低、导电性差、析氢过程慢、耐久性差，需要通过合适的手段改善这些问题。

3、目前，成熟的碱性电催化剂电极制备方法主要采用热喷涂、电镀等方法。其中，采用热喷涂的方法更为普遍。在催化剂电极制备过程中也难免会使用有机溶剂污染环境。例如，cn 113694928 a报道中使用有机配体和金属转变为金属有机配合物喷涂在导电基底上。因此，有必要提出一种不使用有机化合物、对环境友好、催化剂利用率高、制备及使用过程更安全的镍基电催化剂制备方案。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种活性多孔镍基催化剂、其制备方法及应用，本发明中的活性多孔镍基催化剂电催化利用率高、制备过程环保、安全。

2、本发明提供一种活性多孔镍基催化剂，包括多孔导电基材和复合在所述多孔导电基材表面的析氢催化剂层；

3、所述析氢催化剂层由催化剂涂层经碱液造孔制得，所述催化剂涂层包括第一金属、第二金属和二氧化硅；

4、所述第一金属为镍、钴和铁中的一种或几种；所述第二金属为铂、钌和钼中的一种或几种；

5、所述催化剂涂层中，第一金属的原子百分比为30～90％，第二金属的原子百分比为5～30％，si的原子百分比为5～60％。

6、优选的，所述多孔导电基材为镍网，所述镍网的目数为40～100目。

7、优选的，所述析氢催化剂层的厚度为10～100μm。

8、优选的，所述析氢催化剂层的平均孔径为0.3～0.8μm，孔隙率为1～5％。

9、本发明提供如上文所述的活性多孔镍基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

10、a)将第一金属粉末、第二金属粉末和二氧化硅粉料混合，得到混合料；

11、b)使用等离子喷涂方法将所述混合料喷涂在多孔导电基材的表面；

12、c)将喷涂好的多孔导电基材浸入碱液中进行造孔，然后进行电化学活化，得到活性多孔镍基催化剂。

13、优选的，所述第一金属粉末的目数为100～600目，第二金属粉末的目数为100～600目，二氧化硅粉料的目数为100～600目。

14、优选的，所述等离子喷涂中，喷嘴与多孔导电基材的距离为10～500mm，喷枪的速度为50～1000mm/s，所述等离子喷涂中，混合料的温度为300～1200℃。

15、优选的，所述碱液包括氢氧化钾和/或氢氧化钠；所述碱液的浓度为1～10mol/l。

16、优选的，所述造孔的温度为30～50℃，所述造孔的时间为12～36h。

17、本发明提供如上文所述的活性多孔镍基催化剂在电解水制氢中的应用。

18、本发明提供一种活性多孔镍基催化剂，包括多孔导电基材和复合在所述多孔导电基材表面的析氢催化剂层；所述析氢催化剂层由催化剂涂层经碱液造孔制得，所述催化剂涂层包括第一金属、第二金属和二氧化硅；所述第一金属为镍、钴和铁中的一种或几种；所述第二金属为铂、钌和钼中的一种或几种；所述析氢催化剂中第一金属的原子百分比为30～90％，第二金属的原子百分比为5～30％，si的原子百分比为5～60％。本发明使用等离子喷涂技术，将钼、镍、sio2进行合适的配比，控制涂层厚度(＜100μm)，喷涂在导电基材上，提高催化剂活性位点的利用率，减少催化剂材料的浪费。并且使用sio2来替代al、zn作为造孔剂，价格更便宜，造孔过程不产生氢气，适合工业化大规模生产使用。

技术特征：

1.一种活性多孔镍基催化剂，包括多孔导电基材和复合在所述多孔导电基材表面的析氢催化剂层；

2.根据权利要求1所述的活性多孔镍基催化剂，其特征在于，所述多孔导电基材为镍网，所述镍网的目数为40～100目。

3.根据权利要求1所述的活性多孔镍基催化剂，其特征在于，所述析氢催化剂层的厚度为10～100μm。

4.根据权利要求1所述的活性多孔镍基催化剂，其特征在于，所述析氢催化剂层的平均孔径为0.3～0.8μm，孔隙率为1～5％。

5.如权利要求1所述的活性多孔镍基催化剂的制备方法，包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一金属粉末的目数为100～600目，第二金属粉末的目数为100～600目，二氧化硅粉料的目数为100～600目。

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述等离子喷涂中，喷嘴与多孔导电基材的距离为10～500mm，喷枪的速度为50～1000mm/s，所述等离子喷涂中，混合料的温度为300～1200℃。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述碱液包括氢氧化钾和/或氢氧化钠；所述碱液的浓度为1～10mol/l。

9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述造孔的温度为30～50℃，所述造孔的时间为12～36h。

10.如权利要求1～4任意一项所述的活性多孔镍基催化剂在电解水制氢中的应用。

技术总结
本发明提供一种活性多孔镍基催化剂，包括多孔导电基材和复合在所述多孔导电基材表面的析氢催化剂层；所述析氢催化剂层由催化剂涂层经碱液造孔制得，所述催化剂涂层包括第一金属、第二金属和二氧化硅；所述第一金属为镍、钴和铁中的一种或几种；所述第二金属为铂、钌和钼中的一种或几种；所述析氢催化剂中第一金属的原子百分比为30～90％，第二金属的原子百分比为5～30％，Si的原子百分比为5～60％。本发明使用等离子喷涂技术，将钼、镍、SiO2进行合适的配比，控制涂层厚度，提高催化剂活性位点的利用率。使用SiO2作为造孔剂，造孔过程不产生氢气。本发明还提供一种活性多孔镍催化剂的制备方法和应用。

技术研发人员：张琪,鞠贵冬,刘桂林,郑钦臻,张羽
受保护的技术使用者：双良节能系统股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12