一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法

本发明属于一种电解水制氢电极材料合成方法，具体为一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法。

背景技术：

1、氢气由于具有能量密度高，燃烧副产物仅为水，且可通过水分解制得等优点，被视为一种理想的、可再生的清洁能源载体材料，有望替代传统化石燃料。当前，工业用氢气主要来自于化石燃料重整工艺，该过程能耗高，二氧化碳排放量大，不符合当前的“双碳”目标。因此，利用可再生能源发电驱动水分解制绿氢路线具有广泛的应用前景。迄今为止，贵金属铂（pt）是最高效的电解水析氢催化剂。铂催化剂具有“准零”起始电位，但其储量有限、成本过高限制了其大规模应用。因此，设计和开发廉价、高效、稳定的析氢电催化剂具有重要意义。

2、廉价的过渡金属基电催化剂，如金属氧化物、氢氧化物、硫属化合物、磷化物和氮化物等，有望取代贵金属催化剂。这些催化剂在酸性电解液中容易腐蚀，稳定性差，但在碱性电解液展现出良好的稳定性，同时这些催化剂具有良好的水解离性能，可促进水解离产生质子，加快碱性析氢动力学。镍基磷酸盐由于其高效的催化活性和低成本，被认为是一种良好的析氢电催化剂。磷的引入能够调节镍的电子结构，降低水解离能和质子吸附能，从而促进析氢反应。当前先进的磷酸盐材料合成技术受到研究者的广泛关注。

3、中国发明专利cn202011149586.x公开了“一种非晶磷酸盐材料的制备及作为超级电容器电极材料的应用”，该发明以镍盐和磷酸盐为原料，通过室温沉淀法直接制得具有高比表面积的非晶磷酸镍，该方法时间短，效率高，但使用的磷酸氢二铵原料易燃，且会释放出有毒的氨气。中国发明专利cn202111580511.1公开了“一种全磷酸盐电极材料及其制备方法”，该发明先通过水热法在基底上生长出镍钴前驱体，再通过电沉积法制得具有高导电性的全磷酸盐电极。获得的电极材料结构稳定，不容易塌陷，但该方法过程复杂，使用的原料有毒、有害且利用率不高。中国发明专利cn202110409146.1公开了“一种mxene/磷酸镍电极材料及其制备方法和应用”，该发明通过刻蚀反应，将磷酸镍锚定在mxene纳米片表面，降低了界面电子转移阻力，提高了导电性。但是该方法在原料处理中使用了大量的有机溶剂，不符合绿色化学的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提出一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法，本发明以泡沫镍和双氧水为原料，采用水热法在泡沫镍上一步原位生长出磷酸盐电极材料；本发明提供了一种简单、绿色环保、低成本的镍基磷酸盐电极材料的制备方法。

2、本发明的目的通过以下技术方案实现：

3、一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）泡沫镍基底的预处理

5、将商用泡沫镍分别用3 mol/l的盐酸水溶液、丙酮和乙醇超声清洗30分钟，除去表面氧化物及杂质，然后用去离子水冲洗干净，真空干燥后备用。所述的商用泡沫镍中镍含量为98 ~ 100%。

6、（2）溶液配制

7、以含有磷酸盐的工业级双氧水为磷源，去离子水为溶剂配制溶液。按照摩尔浓度，称取一定量的工业级双氧水溶于去离子水中，搅拌10 分钟，得到均一溶液。所述的工业级双氧水浓度为24 ~ 36 %，其中磷酸盐含量为 0.0001 ~ 0.05 %。所述的均一溶液中双氧水的摩尔浓度为1.0 ~ 10 mol/l。

8、（3）水热沉积反应

9、将（1）中处理好的泡沫镍基底和（2）中所得溶液移入反应釜中，在一定反应温度下和一定的保温时间内进行水热沉积反应，得到磷酸氢镍电极材料。所述的反应温度为100 ~200 ℃，保温时间为3 ~ 24 小时。所述的磷酸氢镍电极材料的物相为二水合磷酸二氢镍和二水合焦磷酸三氢镍，形貌为多面体结构。

10、本发明具有以下效果：

11、本发明的新颖之处在于利用双氧水中的少量磷酸盐作为磷源，通过调节双氧水的摩尔浓度和反应温度，获得具有良好电解水析氢性能的电极材料。本发明所用的原料绿色环保，成本低，工艺过程简单，对设备要求低，而且制得的电极材料电化学活性高，稳定性好，可广泛应用于电解水制氢领域。

12、本发明的显著特点如下：

13、该方法原料绿色，价格低廉，而且无需额外加入金属盐和磷酸盐或磷酸；

14、该方法工艺简单，生产成本低，对设备要求较低，适合工业化生产。

15、该方法制得的催化剂析氢活性高，且与基底结合牢固，稳定性好。

技术特征：

1.一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

2.按照权利要求1所述的一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法，其特征在于，所述步骤（1）中的泡沫镍为工业用泡沫镍，镍含量为98 ~ 100%。

3.按照权利要求1所述的一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法，其特征在于，所述步骤（2）中的双氧水为工业级双氧水，双氧水浓度为24 ~ 36 %，磷酸盐含量为 0.0001~ 0.05 %。

4.按照权利要求1所述的一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法，其特征在于，所述步骤（2）中的均一溶液中双氧水摩尔浓度为1.0 ~ 10.0 mol/l。

5.按照权利要求1所述的一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法，其特征在于，所述步骤（3）中的水热沉积反应温度为100 ~ 200 ℃，保温时间为3 ~ 24 小时；所述的磷酸氢镍电极材料的物相为二水合磷酸二氢镍和二水合焦磷酸三氢镍，形貌为多面体结构。

技术总结
本发明公开了一种多面体结构镍基磷酸盐电极材料合成方法，涉及一种应用于电解水制氢电极材料的合成方法，本发明以泡沫镍和双氧水为原料，采用水热法在泡沫镍上一步原位生长出磷酸盐电极材料。本发明的新颖之处在于利用双氧水中的少量磷酸盐作为磷源，通过调节双氧水的摩尔浓度和反应温度，获得具有良好电解水析氢性能的电极材料。本发明所用的原料绿色环保，成本低，工艺过程简单，对设备要求低，而且制得的电极材料电化学活性高，稳定性好，可广泛应用于电解水制氢领域。

技术研发人员：姜仁政,吴丽云,谢英鹏,苑世盛,伊鲁东,孙生琳,韩忠昊,李孟江
受保护的技术使用者：沈阳化工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17