二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料及制备和应用的制作方法

本发明涉及一种电解水制氢技术，尤其是涉及一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极及其制备方法。

背景技术：

1、日益严重的环境污染和化石燃料能源危机成为近几十年来社会和经济可持续发展的两大障碍。水电解是解决环境和能源问题的有前景的方法之一。在不同的电解技术中，碱性水电解是最成熟的技术，在大量制氢方面有着长期的经验。然而，市售的碱性水电解槽仍然受限于低电流密度并且没有针对间歇操作进行优化。为了在存储来自可再生能源的千兆瓦电能方面具有成本效益的制氢，需要在更高效率以及降低主要部件(例如电极)的成本方面改进电解槽。

2、析氧电极缓慢的反应动力学是限制水电解技术的重要因素之一。目前，钌和铱氧化物被认为是酸性介质中优异的析氧催化剂，但它们的高成本限制了它们的大规模应用。雷尼镍材料已被证明是具有成本效益的碱性析氧催化剂，它是通过将镍溶解在熔融铝中，然后在淬火时添加锌或铬制成的，形成三维网格颗粒，具有大小和形状不规则的孔隙。但相比贵金属析氧催化剂，雷尼镍的析氧反应动力学低2～3个数量级，仍然有较大的提升空间。

3、针对上述问题，近些年来的研究通过调控雷尼镍电极结构、微观形貌以及电极组分等方法用以增强析氧反应动力学，取得了一定的进展，但仍需要发展具有高成本效益的析氧电极以满足碱性电解槽朝着高运行电流密度的方向发展。

技术实现思路

1、本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极及其制备方法，通过二硫化镍助催化剂负载在雷尼镍表面，改善电荷传递动力学、降低氧中间体的键合能、提升析氧反应动力活性。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、本发明的第一个目的是保护一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：将可溶性镍盐、硫代硫酸钠和尿素溶于无水乙醇中，随后加入雷尼镍，混合均匀后转移到反应器中；

5、s2：将反应器在150℃～200℃下加热10h～36h进行反应；

6、s3：将反应器冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，清洗，在60℃～80℃的真空烘箱中干燥，获得二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料。

7、优选地，s1中，述的可溶性镍盐包括六水硫酸镍、六水氯化镍或六水硝酸镍中的一种。

8、优选地，s1中，得到的溶液中镍离子浓度为0.05～0.2mol/l。

9、优选地，s1中，镍离子与硫代硫酸钠摩尔比1：1，镍离子与尿素的摩尔比为1：1～1：5，镍离子与雷尼镍的摩尔比为0.01：1～0.1：1。

10、优选地，s2中，所述反应器为具有聚四氟乙烯内衬的高压釜。

11、优选地，s3中，清洗过程为，依次采用去离子水和无水乙醇清洗。

12、优选地，s3中，所述的真空烘箱中干燥条件为，0.05mpa～0.1mpa下干燥10～12h。

13、优选地，s3中，获得的二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料中，二硫化镍纳米颗粒均匀负载在雷尼镍颗粒表面，通过二硫化镍助催化剂负载在雷尼镍表面，改善电荷传递动力学、降低氧中间体的键合能、提升析氧反应动力活性。

14、优选地，二硫化镍纳米颗粒尺寸约8nm均匀负载在雷尼镍颗粒表面。

15、本发明的第二个目的是保护上述方法制备得到的二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料。

16、本发明的第三个目的是保护上述二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的应用，所述改性雷尼镍复合电极材料应用于碱性水电解槽电极，所述碱性水电解槽电极为水电解析氧电极。

17、进一步优选地，所述碱性水电解槽电极尤其是应用于高电流密度的碱液电解槽析氧电极。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、第一，本发明提供的一种碱性水电解槽电极，采用溶剂法的原位制备二硫化镍纳米颗粒负载在雷尼镍颗粒表面，雷尼镍表面丰富的成核位点使得二硫化镍分布均匀，二硫化镍能够有效调控雷尼镍界面电子结构，优化氧中间体的能垒以增强催化活性，显示了增强的本征活性机制。同时，该溶剂法制备工艺具有操作简单、合成效率高、环境友好、低能耗以及高产量等优点。

20、第二，本发明提供的碱性水电解槽电极，在雷尼镍表面负载了平均直径约8nm的二硫化镍纳米颗粒，优化了电极界面结构，改善了电荷传递动力学、提升了电极析氧动力活性和速率，实现了大电流密度条件下高活性的碱性水电解槽电极，提高了碱性水电解电极的能量效率。

技术特征：

1.一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，s1中，述的可溶性镍盐包括六水硫酸镍、六水氯化镍或六水硝酸镍中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，s1中，得到的溶液中镍离子浓度为0.05～0.2mol/l。

4.根据权利要求3所述的一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，s1中，镍离子与硫代硫酸钠摩尔比1：1，镍离子与尿素的摩尔比为1：1～1：5，镍离子与雷尼镍的摩尔比为0.01：1～0.1：1。

5.根据权利要求1所述的一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，s2中，所述反应器为具有聚四氟乙烯内衬的高压釜。

6.根据权利要求1所述的一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，s3中，清洗过程为，依次采用去离子水和无水乙醇清洗。

7.根据权利要求1所述的一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，s3中，所述的真空烘箱中干燥条件为，0.05mpa～0.1mpa下干燥10～12h。

8.根据权利要求1所述的一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的制备方法，其特征在于，s3中，获得的二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料中，二硫化镍纳米颗粒均匀负载在雷尼镍颗粒表面，通过二硫化镍助催化剂负载在雷尼镍表面，改善电荷传递动力学、降低氧中间体的键合能、提升析氧反应动力活性。

9.一种如权利要求1～8中任意一项所述方法制备得到的二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料。

10.一种权利要求9中所述二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料的应用，其特征在于，所述改性雷尼镍复合电极材料应用于碱性水电解槽电极，所述碱性水电解槽电极为水电解析氧电极。

技术总结
本发明涉及一种二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料及制备和应用，制备过程包括：将可溶性镍盐、硫代硫酸钠和尿素溶于无水乙醇中，随后加入雷尼镍，混合均匀后转移到反应器中；将反应器在150℃～200℃下加热10h～36h进行反应；将反应器冷却至室温，得到黑色沉淀，离心分离，清洗，在60℃～80℃的真空烘箱中干燥，获得二硫化镍助催化剂改性雷尼镍复合电极材料。与现有技术相比，通过一步溶剂热法在雷尼镍表面上均匀负载二硫化镍尺寸约8nm纳米颗粒，其特点在于，二硫化镍能够有效调控雷尼镍界面电子结构，优化氧中间体的能垒以增强催化活性，显示了增强的本征活性机制，具有工艺简单、合成效率高、易操作以及高产量等优点。

技术研发人员：王森,陈华强,顾成杰
受保护的技术使用者：上海舜华新能源系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31