一种高性能前驱体泡沫镍的制备方法

本发明涉及催化剂，具体涉及一种高性能前驱体泡沫镍的制备方法。

背景技术：

1、近年来，能源短缺和调整能源的使用是资源与环境可持续发展的绿色化学的主旋律和一直以来的追求。具有高能量密度(142.4kj kg-1)和碳中性的氢(h2)被认为是未来最有希望取代传统化石能源的能源载体，受到越来越多的关注。电催化水裂解是众多制氢技术中最可持续的清洁氢气生产途径之一，可以采用潮汐能、太阳能、风能等可再生能源作为动力。为了提高ews的转化效率，常用高效的电催化剂来降低析氢、析氧的过电位。目前最主要的电催化剂是铂及其衍生物等贵金属催化剂，但是过高的价格以及低储量阻碍了其作为高性能电催化剂的大规模应用。此外，由于铂基金属具有较高的水解离能，在碱性或中性条件下反应动力学要比酸性条件下慢2～3个数量级，进一步限制了反应速率。因此制作出一种高性能低成本的电催化剂是一个很有挑战性的研究，如何提高电催化剂的性能是燃料电池走向大规模应用的重要议题之一。

2、泡沫镍(nf)具有独特的开孔结构、低压投入孔、固有的抗拉强度和抗热冲击等特点使nf可能成为燃料电池催化剂转换器、催化燃烧等的催化载体。发动机冷启动时，一氧化碳和碳氢化合物转化，由于热传导性质，泡沫镍催化剂载体则可能优越于陶瓷催化剂载体，从这种意义上来讲，泡沫镍可以与耐高温钢催化剂载体相比或比耐高温钢催化剂载体更优越。在进一步作为催化剂载体之前，通常都要对其进行一定的前处理，除去表面的氧化物和油污。例如用丙酮、乙醇、去离子水等过程对nf进行处理，使其能够更好的展现出催化活性。

3、目前此领域大多是对于泡沫镍的前处理通常采用一定浓度的盐酸(hcl)并超声，用以除去表面的氧化物，之后采用乙醇、丙酮等有机溶剂超声，除去表面的油污。这类技术的缺点是只达到了清洗泡沫镍的目的，并未对其本征活性有所提升，其电化学性能并未有本质上的改变。

4、因此，需要提供一种能够更好发挥催化剂性能的处理方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高性能前驱体泡沫镍的制备方法，以解决现有技术存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

2、本发明的目的采用以下技术方案来实现：

3、一种高性能前驱体泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1，前处理：

5、(1)将泡沫镍浸泡在盐酸溶液中，超声处理；

6、(2)取出并清洗后浸泡在乙醇溶液中，继续超声处理；

7、(3)取出并清洗后，干燥处理，备用；

8、步骤2，水热反应：

9、(4)依次取三嵌段聚合物p123、处理剂、乙醇、水和乙二醇，混合并充分搅拌，形成混合液a；

10、(5)将经过前处理后的泡沫镍与混合液a混合，置于水热反应釜内，然后进行水热反应；

11、(6)待反应结束后，收集反应得到的固体产物，经过清洗后，干燥；

12、步骤3，热处理：

13、(7)将经过水热反应处理后的产物置于管式炉内，在氮气的保护下煅烧；

14、(8)将煅烧后的产物清洗并干燥处理后，即得到最终产物。

15、优选地，所述前处理步骤中，盐酸的浓度是3mol/l，泡沫镍的大小为长*宽为2cm*3cm，在盐酸溶液中的超声时间为15min。

16、优选地，所述前处理步骤中，清洗均为使用去离子水冲洗三次。

17、优选地，所述前处理步骤中，乙醇溶液的使用量为50ml，在乙醇溶液中的超声时间为15min。

18、优选地，所述前处理步骤中，干燥是放入真空干燥箱内干燥。

19、优选地，所述水热反应步骤中，三嵌段聚合物p123加入量是0.8g，乙醇的加入量是12g，水的加入量是4g，乙二醇的加入量是30ml。

20、优选地，所述水热反应步骤中，处理剂包括乙二胺四乙酸edta、硫脲(thiourea)、尿素(urea)、甲胺(methylamine)、氢化偏酐hmta、氨水中的任意一种。

21、更优选地，所述水热反应步骤中，处理剂选择乙二胺四乙酸edta，加入量为1.24g。

22、处理剂选择的是乙二胺四乙酸edta，乙二胺四乙酸在水热反应中会与泡沫镍中的二价镍离子发生反应，并与其形成稳定的络合物，使溶液呈现蓝色，此过程会使得泡沫镍发生表面部分溶解，而在反应结束后的冷却过程中会再沉积回泡沫镍表面，形成有利于电化学反应的活性位点。

23、优选地，所述水热反应步骤中，水热反应的温度是120℃，反应时间是12h。

24、优选地，所述水热反应步骤中，水热反应之后，清洗使用去离子水反复冲洗三次以上；干燥是置于60℃真空干燥箱内处理6h以上。

25、优选地，所述热处理步骤中，管式炉的温度是300℃，煅烧时间是5min，升温速率是5℃/min。

26、优选地，所述热处理步骤中，清洗是用去离子水反复冲洗三次以上，干燥是置于真空干燥箱处理6h以上。

27、本发明的有益效果为：

28、本发明使用上述技术方案处理后的泡沫镍具有更大的比表面积，更多暴露的活性位点，这些因素可以有效提高电催化剂的催化活性。相较于现有技术只是对泡沫镍进行简单的清洁作用外，本发明的溶解再沉积过程能够使泡沫镍具有更大的电化学活性表面积以及更多有利于电化学反应的活性位点。

技术特征：

1.一种高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述前处理步骤中，盐酸的浓度是3mol/l，泡沫镍的大小为长*宽为2cm*3cm，在盐酸溶液中的超声时间为15min。

3.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述前处理步骤中，清洗均为使用去离子水冲洗三次，干燥是放入真空干燥箱内干燥。

4.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述前处理步骤中，乙醇溶液的使用量为50ml，在乙醇溶液中的超声时间为15min。

5.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述水热反应步骤中，三嵌段聚合物p123加入量是0.8g，乙醇的加入量是12g，水的加入量是4g，乙二醇的加入量是30ml。

6.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述水热反应步骤中，处理剂包括乙二胺四乙酸edta、硫脲(thiourea)、尿素(urea)、甲胺(methylamine)、氢化偏酐hmta、氨水中的任意一种。

7.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述水热反应步骤中，处理剂选择乙二胺四乙酸edta，加入量为1.24g。

8.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述水热反应步骤中，水热反应的温度是120℃，反应时间是12h。

9.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述水热反应步骤中，水热反应之后，清洗使用去离子水反复冲洗三次以上；干燥是置于60℃真空干燥箱内处理6h以上。

10.根据权利要求1所述的高性能前驱体泡沫镍的制备方法，其特征在于，所述热处理步骤中，管式炉的温度是300℃，煅烧时间是5min，升温速率是5℃/min。

技术总结
本发明公开了一种高性能前驱体泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：步骤1，前处理：(1)泡沫镍浸泡在盐酸溶液中超声处理；(2)浸泡在乙醇溶液中，继续超声处理；(3)清洗，干燥；步骤2，水热反应：(4)依次取三嵌段聚合物P123、处理剂、乙醇、水和乙二醇，混合并充分搅拌，形成混合液A；(5)将泡沫镍与混合液A混合，然后进行水热反应；(6)收集反应得到的固体产物，经过清洗后，干燥；步骤3，热处理：(7)将产物置于管式炉内，在氮气的保护下煅烧；(8)将产物清洗并干燥处理后，即得到最终产物。本发明使用上述技术方案处理后的泡沫镍具有更大的比表面积，更多暴露的活性位点，这些因素可以有效提高电催化剂的催化活性。

技术研发人员：钟如意,吴普伟,刘韵华,彭煜钦,陈俊达,周扬东,杜磊,汪宁,邢丽欣,叶思宇
受保护的技术使用者：广州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13