专利名称：一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法
技术领域：
本发明属于电解制氢技术领域，特别涉及一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法。
背景技术：
氯碱工业是国家的支柱性基础产业，也是耗能大户。随着时代的进步与科技、经济的不断发展，能源已经成为影响人类社会的一个重要因素。目前，煤炭、石油、天然气等传统能源在世界的经济发展中依然占有举足轻重的作用，但是这些资源在地球上的储量却很有限，能源危机已经成为当前人类亟待解决的问题。在众多新能源中，氢能作为重量轻、无污染、热值高、应用面广的二次清洁能源，早在20世纪70年代中期就受到了高度重视。氢气的制备方式有多种途径，其中氯碱工业中电解水制氢的工艺是当前生产中应用较为成功的 一种制氢方法。但是氯碱工业中，由于过电位的存在，使电解水工业耗能巨大，所以研究出析氢过电位较低的电极材料是非常必要的。传统的可有效降低析氢过电位的电极材料主要为Pt、Pd等贵金属，但是这些金属材料在地球上储量稀少，价格昂贵，无法实现大规模的推广。为了满足实际工业化生产的需要，阴极必须能在高温、高碱浓度、高电流密度等条件下可以长期稳定的工作，这就对阴极材料提出了更高的要求，除了考虑其催化析氢性能外，还要考虑电极的稳定性问题。因此，开发和研究一种高催化活性和高稳定性且成本较低的析氢电极具有重要的理论意义和实用价值。近年来国内外针对析氢电极的催化活性和稳定性做了大量的研究。中国发明专利CN200610136786. 5公开了 “高催化活性的镍钕磷析氢电极的制备方法”，用钼片做阳极，紫铜片做阴极，将阴极放入含有镍源、钕源、磷源的混合电镀液中进行脉冲电沉积，从而将镍钕磷三种元素电沉积到阴极的紫铜片上。因为镧系金属钕具有储氢性能，所以该方法通过将钕加入到镍磷中在一定程度上可以提高析氢性能。但是，该方法制备的电极存在稳定性不好，比表面积小的问题，而且钕属于稀土元素所以成本也比较高。中国发明专利CN201110273778. 6公开了“一种可见光催化光解水制氢催化材料的制备方法”，通过溶胶一凝胶法制备钡铬复合氧化物，再将此氧化物浸溃于硝酸铈溶液中，经过焙烧，得到含有铈的钡铬氧化物光催化材料。因为此含有铈的钡铬氧化物经过焙烧过程，可在一定程度上提高此光催化材料的稳定性。但是，由于太阳能光解水的转化效率较低，而且此光催化材料含有稀有金属铈也存在生产成本高的问题，因而该技术目前还受到很大限制，不能大范围地应用推广。
发明内容
本发明的目的是针对现有析氢电极具用催化活性不高，稳定性较差和成本较高的缺点，提供一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法。首先在Ni基底上脉冲电镀Ni镀层，然后在Ni镀层上涂覆含有Ru的涂覆液，此时镍、钌会发生部分置换作用，最后再焙烧，形成镍基Ni/Ru02复合电极。一方面，在镍基底上脉冲电镀Ni镀层，会使颗粒细化，使镀层细致，排列紧密，提高电极的比表面积；另一方面，镍与钌部分置换作用后，再经过焙烧，形成的不是单纯的镍单质与氧化钌，而是镍钌两种金属发生作用而形成析氢催化性能特别好的镍基Ni/Ru02复合电极，而且焙烧过程大大提高了此析氢电极的的稳定性。本发明的目的是这样实现的一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，其具体方法步骤包括
(1)、Ni基底的预处理
首先对Ni片进行机械打磨除去表面的氧化物，使其呈金属光泽后用超纯水清洗干净；然后分别在碱液和无水乙醇中分别超声震荡20min和IOmin进行化学除油，其中碱液为45g/L硫酸钠、45g/L碳酸钠和45g/L氯化钠的混合水溶液；然后用去离子水冲洗干净，自然风干后浸入无水乙醇溶液中待用； (2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极
采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极。镀液组成为20 60 g/L硫酸镍，20 60 g/L次亚磷酸钠，5 20 g/L硼酸，2 10 g/L氯化铵，镀液PH值为I 4，镀液温度为20 60°C，平均电流密度为20 40 mA/cm2,脉冲频率为800 1200Hz，占空比为I :4 6，电镀时间为100 500s。电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极；
(3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极
以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成10 30mg/mL的RuCl3正丁醇溶液，磁力搅拌I IOmin混合均匀，制得涂覆液。用微量注射器量取10 30uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干10 50min ;然后在马弗炉中400°C 500°C条件下烧结10 60min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极。本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点
(1)、催化析氢性能好。将RuCl3溶液涂覆在Ni镀层上时，使Ni与Ru两种金属充分接触，再经过焙烧后，两种金属会发生作用而形成Ni/Ru02复合电极，此复合电极的催化析氢性能比单纯的镍单质与氧化钌要提高很多，即此复合电极的催化析氢性能很好；
(2)、稳定性好。在此方案中，将涂覆液涂在Ni镀层前驱体电极后经过了焙烧过程，防止在析氢过程中催化层的脱落，从而提高催化剂的稳定性；
(3)、比表面积大。此方案所制备的Ni镀层前驱体电极，表面微粒均匀，致密，增大了电极的比表面积；经过涂覆液涂覆、焙烧后，电极表面微粒仍然均匀致密，且出现了细小的裂纹，从而进一步增大电极的比表面积；
(4)、制备工艺简单、成本低。本方案只要通过常规的电镀和涂覆工艺即可实现，操作简单，易于实现工业化。各试剂均为实验常用试剂，电极中所含的钌只是微克级的，没有涉及Pt、Pd等贵金属,其制备成本较低。本发明方法简单易行，生产成本低廉，采用本发明制备的高催化活性和高稳定性的镍基Ni/Ru02复合析氢电极，不仅可用于氯碱工业中的电催化析氢，更可广泛应用于各种催化析氢领域，如太阳能电解水制氢、电解水工业以及电化学制氢、储氢体系等。
图I为实施例I 3和对比实验的线性扫描伏安曲线图；图中曲线I 4是实施例I 3所制备电极和对比实验中的纯镍电极在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)所测试的线性扫描曲线。测试条件是三电极体系，6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，温度为30°C,所制备电极为工作电极,饱和甘萊电极为参比电极，钼丝为辅助电极，扫描速率为5mV/s，扫描范围为-0.9~-l.6V。图中曲线I是实施例I所制备电极的线性扫描伏安曲线，曲线2是实施例2所制备电极的线性扫描伏安曲线，曲线3是实施例3所制备电极的线性扫描伏安曲线，曲线4是对比实验中的纯镍电极的线性扫描伏安曲线。图2为实施例4飞和对比实验的线性扫描曲线 图中曲线I 3是实施例4 5所制备电极和对比实验中的纯镍电极在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)所测试的线性扫描曲线。测试条件是三电极体系，6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，温度为30°C,所制备电极为工作电极,饱和甘萊电极为参比电极，钼丝为辅助电极，扫描速率为5mV/s，扫描范围为-O. 9 -I. 6V。图中曲线I是实施例4所制备电极的线性扫描伏安曲线，曲线2是实施例5所制备电极的线性扫描伏安 曲线，曲线3是对比实验中的纯镍电极的线性扫描伏安曲线。图3为实施例I所制备电极在IOOmA电流下的计时电位曲线 图3是实施例I所制备电极在CHI660B电化学工作站(上海辰华仪器公司)上所测试的计时电位曲线。测试条件三电极体系，6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，实施例I为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钼片为辅助电极，持续电流为100mA，持续电解时间为 9000s。图4为实施例I所制备电极的扫描电镜照片；
图4是实施例I所制备电极在放大倍数为1000倍时的扫描电镜照片。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
，进一步说明本发明。实施例I
(1)、Ni基底的预处理
首先对Ni片进行机械打磨除去表面的氧化物，使其呈金属光泽后用超纯水清洗干净；然后分别在碱液和无水乙醇中分别超声震荡20min和IOmin进行化学除油，其中碱液为45g/L硫酸钠、45g/L碳酸钠和45g/L氯化钠的混合水溶液；然后用去离子水冲洗干净，自然风干后浸入无水乙醇溶液中待用；
(2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极
采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极。镀液组成为40g/L硫酸镍，38. 5 g/L次亚磷酸钠，10g/L硼酸，6g/L氯化铵，镀液pH值为3，镀液温度为25°C，平均电流密度为40 mA/cm2,脉冲频率为1000Hz，占空比为I :5，电镀时间为300s。电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极；
(3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极
以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成30mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液。用微量注射器量取20uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干40min ;然后在马弗炉中450°C条件下烧结30min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极；
(4)、镍基Ni/Ru02复合电极析氢性能测试
采用三电极体系，以6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，步骤(3)制备的镍基Ni/RuO2复合电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钼丝为辅助电极，在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)测试其线性扫描伏安曲线，测试温度为30°C，扫描速率为5mV/s，扫描范围为-O. 9^-1. 4V，测试结果对应图I中曲线I ;
(5)、镍基NVRuO2复合电极稳定性能测试
采用三电极体系，以6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，步骤(3)制备的镍基Ni/RuO2复合电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钼片为辅助电极，在电化学工作站上(CHI660B,上海辰华仪器公司)测试其在IOOmA电流下的计时电位曲线，从而测定其稳定性，测试结果对应图3 ；
(6)、镍基Ni/Ru02复合电极表观形貌
利用荷兰FEI公司生产的FEI Nova 400型扫描电子显微镜(SEM)观察所制备的镍基Ni/Ru02复合电极的表面形貌，SEM照片如图4。实施例2
步骤(I)同实施例I中步骤(I)；
(2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极
采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极。镀液组成为20 g/L硫酸镍，60 g/L次亚磷酸钠，10 g/L硼酸，2 g/L氯化铵，镀液温度为20°C，平均电流密度为30 mA/cm2,脉冲频率为800Hz，占空比为I :4，电镀时间为300s。电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极；
(3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极
以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成30mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液。用微量注射器量取20uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干IOmin ;然后在马弗炉中450°C条件下烧结lOmin，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极；
(4)、镍基Ni/Ru02复合电极析氢性能测试
采用三电极体系，以6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，步骤(3)制备的镍基Ni/RuO2复合电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钼丝为辅助电极，在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)测试其线性扫描伏安曲线，测试温度为30°C，扫描速率为5mV/s，扫描范围为-O. 9^-1. 4V，测试结果对应图I中曲线2。实施例3
步骤(I)同实施例I中步骤(I)；
(2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极
采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极。镀液组成为60g/L硫酸镍，20 g/L次亚磷酸钠，5 g/L硼酸，6 g/L氯化铵，镀液温度为25°C，平均电流密度为20 mA/cm2,脉冲频率为1200Hz，占空比为I :4，电镀时间为300s。电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极；
(3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成10mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液。用微量注射器量取IOuL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干50min ;然后在马弗炉中400°C条件下烧结30min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极；
(4)、镍基Ni/Ru02复合电极析氢性能测试
采用三电极体系，以6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，步骤(3)制备的镍基Ni/RuO2复合电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钼丝为辅助电极，在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)测试其线性扫描伏安曲线，测试温度为30°C，扫描速率为5mV/s，扫描范围为-O. 9^-1. 4V，测试结果对应图I中曲线3。实施例4
步骤(I)同实施例I中步骤(I)；
(2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极
采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极。镀液组成为40g/L硫酸镍，38g/L次亚磷酸钠，20 g/L硼酸，10 g/L氯化铵，镀液pH值为2_3，镀液温度为60°C，平均电流密度为40 mA/cm2,脉冲频率为1200Hz，占空比为I :6，电镀时间为IOOs0电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极；
(3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极
以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成20mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液。用微量注射器量取30uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干30min ;然后在马弗炉中500°C条件下烧结30min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极；
(4)、镍基Ni/Ru02复合电极析氢性能测试
采用三电极体系，以6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，步骤(3)制备的镍基Ni/RuO2复合电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钼丝为辅助电极，在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)测试其线性扫描伏安曲线，测试温度为30°C，扫描速率为5mV/s，扫描范围为-O. 9'1.4V，测试结果对应图2中曲线I。实施例5
步骤(I)同实施例I中步骤(I)；
(2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极
采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极。镀液组成为40g/L硫酸镍，38 g/L次亚磷酸钠，10 g/L硼酸，6 g/L氯化铵，镀液pH值为2_3，镀液温度为25°C，平均电流密度为35 mA/cm2,脉冲频率为1200Hz，占空比为I :5，电镀时间为500s。电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极；
(3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极
以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成20mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液。用微量注射器量取20uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制 备的Ni基底上，在红外灯下烘干40min ;然后在马弗炉中450°C条件下烧结60min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极；
(4)、镍基Ni/Ru02复合电极析氢性能测试采用三电极体系，以6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液，步骤(3)制备的镍基Ni/RuO2复合电极为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钼丝为辅助电极，在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)测试其线性扫描伏安曲线，测试温度为30°C，扫描速率为5mV/s，扫描范围为-O. 9^-1. 4V，测试结果对应图2中曲线2。对比实验
纯镍片基底的析氢性能测试
采用三电极体系，以6mol/L的氢氧化钠水溶液为电解质溶液,纯镍片为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，钼丝为辅助电极，在电化学工作站上(CHI660B，上海辰华仪器公司)测试其线性扫描伏安曲线，测试温度为30°C，扫描速率为5mV/s，扫描范围为-O. 9'1.6V，测试结果对应图I中曲线4和图2中曲线3。本发明的试验结果
(I)、从图I中可以看出，采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极析氢起峰电位是-I. IV (曲线1、2、3)比对比实验中纯镍的-I. 3V (曲线4)正移了 200mV。在电压为-I. 4V时，采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极的析氢电流可以达到-150mA'-230mA (曲线1、2、3)，而对比实验中的纯镍(曲线4)则只能达到10mA。这充分说明了，采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极催化析氢很好。(2)、从图2中可以看出，在电压为-I. 4V时，采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极可以达到-75mA、-120mA (曲线1、2、)，而对比实验中的纯镍(曲线3)则只能达到10mA。同时，采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极析氢起峰电位是-I. IV(曲线1、2)比对比实验中纯镍的-I. 3V (曲线3)正移了 200mV。再一次说明了采用本发明所制备的复合电极析氢性能良好。(3)、从图3中可以看出，采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极在电流为IOOmA下持续电解9000s (2. 5h)，析氢电位最初为一 I. 243V，到测试结束后变为一 I. 236V,即此复合电极的析氢电位在测试前后只变化了 7mV，证明采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极稳定性很好。(4)、图4为采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极的电极表面扫描电镜照片。一般的电极经焙烧后表面会凹凸不平并且出现缝隙较大的裂缝、易露底，而从图4中可以看出，采用本发明所制备的镍基Ni/Ru02复合电极的电极表面整体平整，局部凹凸，微粒均匀，表面呈现出致密细小均匀的裂纹，从而表明此复合电极的比表面积很大。
权利要求
1.一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，其具体方法步骤包括 (1)、Ni基底的预处理 首先对Ni片进行机械打磨除去表面的氧化物，使其呈金属光泽后用超纯水清洗干净；然后分别在碱液和无水乙醇中分别超声震荡20min和IOmin进行化学除油，其中碱液为45g/L硫酸钠、45g/L碳酸钠和45g/L氯化钠的混合水溶液；然后用去离子水冲洗干净，自然风干后浸入无水乙醇溶液中待用； 其特征在于 (2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极 采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极；镀液组成为20 60 g/L硫酸镍，20 60 g/L次亚磷酸钠，5 20 g/L硼酸，2 10 g/L氯化铵，镀液PH值为I 4，镀液温度为20 60°C，平均电流密度为20 40 mA/cm2,脉冲频率为800 1200Hz,占空比为I :4 6，电镀时间为100 500s ；电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极； (3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极 以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成10 30mg/mL的RuCl3正丁醇溶液，磁力搅拌I IOmin混合均匀，制得涂覆液；用微量注射器量取10 30uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干10 50min ;然后在马弗炉中400°C 500°C条件下烧结10 60min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极。
2.按照权利要求I所述的一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(2) (3) (2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极 采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极；镀液组成为40g/L硫酸镍，38. 5 g/L次亚磷酸钠，10g/L硼酸，6g/L氯化铵，镀液pH值为3，镀液温度为25°C，平均电流密度为40 mA/cm2,脉冲频率为1000Hz，占空比为I :5，电镀时间为300s ；电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极； (3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极 以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成30mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液；用微量注射器量取20uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干40min ;然后在马弗炉中450°C条件下烧结30min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极。
3.按照权利要求I所述的一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(2) (3) (2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极 采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极；镀液组成为20 g/L硫酸镍，60 g/L次亚磷酸钠，10 g/L硼酸，2 g/L氯化铵，镀液温度为20°C，平均电流密度为30 mA/cm2,脉冲频率为800Hz，占空比为I :4，电镀时间为300s ;电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极； (3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极 以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成30mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液；用微量注射器量取20uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干IOmin ;然后在马弗炉中450°C条件下烧结lOmin，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极。
4.按照权利要求I所述的一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(2) (3) (2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极 采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极；镀液组成为60g/L硫酸镍，20 g/L次亚磷酸钠，5 g/L硼酸，6 g/L氯化铵，镀液温度为25°C，平均电流密度为20 mA/cm2,脉冲频率为1200Hz，占空比为I :4，电镀时间为300s ;电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极； (3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极 以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成10mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液；用微量注射器量取IOuL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干50min ;然后在马弗炉中400°C条件下烧结30min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极。
5.按照权利要求I所述的一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(2) (3) (2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极 采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极；镀液组成为40g/L硫酸镍，38g/L次亚磷酸钠，20 g/L硼酸，10 g/L氯化铵，镀液pH值为2_3，镀液温度为60°C，平均电流密度为40 mA/cm2,脉冲频率为1200Hz，占空比为I :6，电镀时间为IOOs ;电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极； (3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极 以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成20mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液；用微量注射器量取30uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干30min ;然后在马弗炉中500°C条件下烧结30min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极。
6.按照权利要求I所述的一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，其特征在于具体制备方法的步骤(2) (3) (2)、脉冲电镀制备Ni镀层前驱体电极 采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极；镀液组成为40g/L硫酸镍，38 g/L次亚磷酸钠，10 g/L硼酸，6 g/L氯化铵，镀液pH值为2_3，镀液温度为25°C，平均电流密度为35 mA/cm2,脉冲频率为1200Hz，占空比为I :5，电镀时间为500s ;电镀结束后用去离子水冲洗，以去除残留镀液，自然风干后制得Ni镀层前驱体电极； (3)、制备镍基Ni/Ru02复合电极 以正丁醇为溶剂，将RuCl3溶于正丁醇中配制成20mg/mL的RuCl3正丁醇溶液,磁力搅拌IOmin混合均匀，制得涂覆液；用微量注射器量取20uL涂覆液，分多次涂敷在步骤(2)制备的Ni基底上，在红外灯下烘干40min ;然后在马弗炉中450°C条件下烧结60min，取出后空冷至室温得到镍基Ni/Ru02复合电极。
全文摘要
本发明提供一种高催化活性和高稳定性析氢电极的制备方法，属于氯碱工业中电催化析氢领域。本发明通过在Ni基底上脉冲电镀Ni镀层，然后在Ni镀层上涂覆含有Ru的涂覆液，此时镍钌会发生部分置换作用，最后再焙烧，形成镍基Ni/RuO2复合电极。一方面，在镍基底上脉冲电镀Ni镀层，会使镀层细致紧密，从而提高电极的比表面积；另一方面，镍与钌经过置换、焙烧后，镍钌两种金属会发生作用而形成析氢催化性能良好的镍基Ni/RuO2复合电极，其中焙烧过程提高了电极的的稳定性。本发明方法简单易行，生产成本低廉，采用本发明所制备的复合析氢电极，不仅可用于氯碱工业中的电催化析氢，更可广泛应用于各种催化析氢领域，如太阳能电解水制氢、电解水工业等。
文档编号C25D7/00GK102864464SQ20121031776
公开日2013年1月9日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者魏子栋, 陈雪, 陈四国, 李莉, 丁炜, 王进 申请人:重庆大学