一种电解水析氧催化剂及制备方法、碱性电解水制氢装置与流程

本发明涉及催化剂，具体涉及一种电解水析氧催化剂及制备方法、碱性电解水制氢装置。

背景技术：

1、氢能是高效清洁环保型能源，是实现碳中和的重要支撑。目前，现在的商业化制氢技术中电解水制氢技术成熟，应用广泛。其中碱性水电解是实现大规模制氢的重要技术，也是目前最成熟的制氢技术之一。碱性电解水中，电解槽是其核心元件，是由多个单元小室有规律排布而成。其中每个小室主要由极板、隔膜、阴阳电极及极框组成。氢气和氧气分别在阴极和阳极的电极表面产生。其中催化剂对电解槽效率起着核心关键的作用，直接影响着电解槽的电流密度。目前，工业上碱性电解槽阴极催化剂主要是用的泡沫镍，而阳极则或者是不使用催化剂，或者使用常规的片状催化剂，催化活性低，因此，为了提高碱性电解水制氢的效率，迫切地需要开发催化活性高的阳极催化剂。

技术实现思路

1、本发明提供一种电解水析氧催化剂及制备方法、碱性电解水制氢装置，本发明的电解水析氧催化剂为中空球状且表面具有多孔结构以提高催化剂的比表面积，进而提高电解槽的析氧性能和制氢效率。

2、第一方面，本发明涉及一种电解水析氧催化剂，该电解水析氧催化剂为含有镍和铁的球状催化剂，且所述球状催化剂的表面具有纳米级孔隙的多孔结构，其中，镍与铁的摩尔比为1:(0.1～0.5)。

3、可选地，所述电解水析氧催化剂为中空球状，且直径为25～1200nm；所述电解水析氧催化剂包含有镍的氧化物和/或氢氧化物以及铁的氧化物和/或氢氧化物。

4、第二方面，本发明涉及一种电解水析氧催化剂的制备方法，该电解水析氧催化剂为所述的电解水析氧催化剂，该制备方法包括：使镍前驱体和铁前驱体溶解于溶剂中，加入球状模板剂、表面活性剂和沉淀剂，然后进行水热反应、分离固相产物并进行烧结；所述球状模板剂为聚苯乙烯微球和/或无机碳微球。

5、可选地，所述镍前驱体选自硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍和氯化镍中的一种或多种的组合。

6、可选地，所述铁前驱体为氯化铁和/或硝酸铁。

7、可选地，所述溶剂选自水、乙醇、丙醇和正丁醇中的一种或多种的组合；所述球状模板剂的直径为25～1200nm。

8、可选地，所述沉淀剂选自氢氧化钠、氨水、三羟甲基氨基甲烷、六亚甲基四胺和三乙醇胺中的一种或多种的组合。

9、可选地，所述表面活性剂选自非离子型表面活性剂或离子型表面活性剂，所述非离子型表面活性剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物和/或聚乙二醇，所述离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

10、可选地，以镍计的所述镍前驱体、以铁计的所述铁前驱体、所述球状模板剂、所述表面活性剂、所述沉淀剂和所述溶剂的摩尔比为1：(0.1～0.5)：(0.01～0.1)：(0.01～0.3)：(0.01～0.2)：(10～100)；当所述沉淀剂为氨水时，在所述摩尔比中，所述沉淀剂以氨的量计。

11、可选地，所述水热反应的温度为80～160℃、时间为4～20h；所述烧结的温度为300～800℃、时间为2～10h。

12、第三方面，本发明涉及一种碱性电解水制氢装置，该碱性电解水制氢装置设置有阴极和阳极，所述阳极设置有析氧催化剂，所述析氧催化剂为本发明第一方面所述的电解水析氧催化剂，或者由本发明第二方面所述制备方法所制得。

13、有益效果：

14、本发明电解水析氧催化剂为中空球状且表面具有多孔结构，催化剂的比表面积大、催化活性高，电解槽的电流密度和析氧性能显著提高。

技术特征：

1.一种电解水析氧催化剂，其特征在于，该电解水析氧催化剂为含有镍和铁的球状催化剂，且所述球状催化剂的表面具有纳米级孔隙的多孔结构，其中，镍与铁的摩尔比为1:(0.1～0.5)。

2.根据权利要求1所述的电解水析氧催化剂，其特征在于，所述电解水析氧催化剂为中空球状，且直径为25～1200nm；

3.一种电解水析氧催化剂的制备方法，该电解水析氧催化剂为权利要求1或2所述的电解水析氧催化剂，其特征在于，该制备方法包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述镍前驱体选自硝酸镍、乙酸镍、硫酸镍和氯化镍中的一种或多种的组合。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述铁前驱体为氯化铁和/或硝酸铁。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂选自水、乙醇、丙醇和正丁醇中的一种或多种的组合；

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述沉淀剂选自氢氧化钠、氨水、三羟甲基氨基甲烷、六亚甲基四胺和三乙醇胺中的一种或多种的组合。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂选自非离子型表面活性剂或离子型表面活性剂，所述非离子型表面活性剂为聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物和/或聚乙二醇，所述离子型表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，以镍计的所述镍前驱体、以铁计的所述铁前驱体、所述球状模板剂、所述表面活性剂、所述沉淀剂和所述溶剂的摩尔比为1：(0.1～0.5)：(0.01～0.1)：(0.01～0.3)：(0.01～0.2)：(10～100)；

10.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为80～160℃、时间为4～20h；所述烧结的温度为300～800℃、时间为2～10h。

11.一种碱性电解水制氢装置，该碱性电解水制氢装置设置有阴极和阳极，所述阳极设置有析氧催化剂，其特征在于，所述析氧催化剂为权利要求1或2所述的电解水析氧催化剂，或者由权利要求3～10任意一项所述制备方法所制得。

技术总结
本发明涉及一种电解水析氧催化剂及制备方法、碱性电解水制氢装置，该电解水析氧催化剂为含有镍和铁的球状催化剂，且所述球状催化剂的表面具有纳米级孔隙的多孔结构，其中，镍与铁的摩尔比为1:(0.1～0.5)。电解水析氧催化剂的制备方法包括：使镍前驱体和铁前驱体溶解于溶剂中，加入球状模板剂、表面活性剂和沉淀剂，然后进行水热反应、分离固相产物并进行烧结；所述球状模板剂为聚苯乙烯微球和/或无机碳微球。本发明电解水析氧催化剂为中空球状且表面具有多孔结构，催化剂的比表面积大、催化活性高，电解槽的电流密度和析氧性能显著提高。

技术研发人员：李丹,卞铁铮,石勇,祝菁泽,姜楠
受保护的技术使用者：江苏天合绿色氢能源科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11