本發明專利技術公開了一種用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法，將去除表面雜質的鎳網置于海水中，作為正極，鎳板作為負極，施加恒定的電流進行電化學原位刻蝕，完成后沖洗得到表面粗糙，具有一定機械強度的鎳網，過濾處理后得到的海水，將其作為氯堿工業進水，或海水淡化工藝預處理進水。以天然海水為刻蝕溶液，原料來源廣，成本低，通過優化刻蝕過程的工藝參數，在保證機械強度的前提下提高鎳網表面的粗糙度，增加了鎳網與電解液的接觸面積，提高鎳網電解水催化活性，同時為后續材料生長提供更多的附著位點，可以作為較好的基底材料，刻蝕過程同步實現了海水預處理。步實現了海水預處理。步實現了海水預處理。
【技術實現步驟摘要】
一種用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法
[0001]本專利技術涉及電化學材料
，具體涉及一種用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法。
技術介紹
[0002]面對目前嚴峻的生態環境和能源枯竭問題，探索清潔和可持續能源變得尤為重要。氫能被認為是最有潛力代替傳統化石能源并可以滿足全球對清潔能源需求的能源之一。電解水制氫因其無污染并且沒有副產物產生被人們廣泛關注，典型的電解水分解過程由兩個半電池組成：用于析氫反應(HER)的陰極和用于析氧反應的陽極(OER)。就目前而言電解水制氫面臨的催化劑在長時間工作后活性急劇衰減的問題仍然無法解決，這也是限制其實現工業化的瓶頸。目前釕/銥基催化劑是最先進的OER催化劑，而對HER最有效的催化劑仍然是鉑基貴金屬催化劑。但是，由于其稀缺性、高成本以及在高電流密度下的不穩定性限制了其大規模的應用。因此，開發高活性、低成本、高穩定性的非貴金屬催化劑至關重要。目前工業化使用的電解水材料為鎳基電極材料，因為鎳作為過渡金屬元素來源豐富，催化活性高并且使用鎳單質直接作為催化劑具有優異的導電性以及電子傳輸動力學。目前所用的鎳網材料具有較強的機械強度，在電解水過程中具有優異的循環穩定性，但材料表面光滑不能與電解質充分接觸，催化活性較低，需要較高的電壓驅動其電解水不足以滿足工業化的要求。因此需要對其進一步改進在保證穩定性的同時增強其催化活性。近年來，文獻中報道了多種提升電極材料催化活性的方法，比如，通過生長NiFe
?
LDH引入新的活性物質提升催化活性，但是這種方法其穩定性將會大大衰減。通過原位硫化磷化的方法增多材料的催化位點已達到增強催化活性的目的，但是據大多數文獻報道，這些催化性能優異的催化劑合成方法多為高溫水熱合成法、高溫氣相沉積法等，這些方法的缺點在于成本較高、反應條件苛刻，環境污染等，并不能實現工業化生產。
技術實現思路
[0003]本專利技術的目的在于一種提升商用電解水的析氧電極表面粗糙度的方法。通過利用海水刻蝕法提高商業鎳網表面粗糙度，旨在解決商用鎳網電解水制氫過程中，存在的能耗高、低活性、負載位點少等難題。
[0004]為了實現上述目的，本專利技術涉及的一種用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法，具體包括以下步驟：
[0005](1)將鎳網(NM)浸沒在去離子水中，超聲清洗表面附著的雜質；
[0006](2)利用兩電極體系進行海水刻蝕，將步驟(1)處理后的鎳網置于海水中，作為正極，鎳板作為負極，施加恒定的電流進行電化學原位刻蝕，完成后沖洗得到表面粗糙，具有一定機械強度的鎳網。
[0007]具體地，所述步驟(1)和(2)均在室溫26℃下進行。
[0008]優選地，所述的步驟(1)中的處理時間為10min。
[0009]優選地，步驟(2)在50mAcm
?2的電流密度下電化學原位刻蝕5
?
20min，保證得到的鎳網具有合適的機械強度和適宜的表面粗糙度。
[0010]進一步地，步驟(2)中發生以下反應：Ni
?
2e
?
→
Ni
2+
，2H
+
+2e
?
→
H2，Ca
2+
+2OH
?
→
Ca(OH)2，Mg
2+
+2OH
?
→
Mg(OH)2。該步驟能夠有效去除海水中的鈣、鎂等離子，基于此，過濾步驟(2)處理后得到的海水，去除氫氧化鎂、氫氧化鈣等沉淀，將其作為氯堿工業用水，或海水淡化工藝預處理進水。
[0011]進一步地，步驟(2)中采用未經任何處理的天然海水作為電解質，采用直流電源施加電位，方便工業化推廣使用。
[0012]所述步驟(2)中所用電解槽，電解槽為上部開口的矩形容器，在矩形容器左右兩側均設置固定正極的第一卡槽和固定負極的第二卡槽，鎳網置于前后兩銅框集流體中間且鎳網四周與銅框集流體平齊，將鎳網和兩銅框集流體左右兩側分別卡入左右兩側的第一卡槽中，將鎳板固定在左右兩側的第二卡槽中，第一卡槽寬度與鎳網和兩銅框集流體總寬相適應。
[0013]與現有技術相比，本專利技術有以下有益效果：(1)以天然海水為刻蝕溶液，原料來源廣，成本低，通過優化刻蝕過程的工藝參數，在保證機械強度的前提下提高鎳網表面的粗糙度，增加了鎳網與電解液的接觸面積，提高鎳網電解水催化活性，同時為后續材料生長提供更多的附著位點，可以作為較好的基底材料，(2)刻蝕過程中海水中產生的Ca
2+
，Mg
2+
等離子形成沉淀沉積下來達到海水預處理的效果；(3)設計了一種可以大面積制備電極材料的電解槽，保證刻蝕過程中鎳網上的電流分布均勻。
附圖說明
[0014]圖1為本專利技術涉及的鎳網預處理用電解槽裝置
[0015]圖2為實施例1中海水刻蝕10min后電極材料的SEM圖，左圖為放大500倍，右圖為放大5000倍。
[0016]圖3為實施例2中飽和氯化鈉刻蝕10min后電極材料的SEM圖，左圖為放大500倍，右圖為放大5000倍。
[0017]圖4為實施例3中自來水刻蝕10min后電極材料的SEM圖，左圖為放大500倍，右圖為放大5000倍。
[0018]圖5為刻蝕溶液分別為天然海水、飽和氯化鈉和自來水時，鎳網刻蝕10min后應用于析氧反應的性能測試圖，其中(a)圖是線性循環伏安曲線圖；(b)圖是100mAcm
?2電流密度對應的過電位柱狀對比圖。
[0019]圖6為刻蝕溶液分別為天然海水、飽和氯化鈉和自來水時，鎳網刻蝕10min后作為電極的循環伏安對比圖。
具體實施方式：
[0020]下面通過具體實施例對本專利技術做進一步說明。
[0021]實施例1：
[0022]圖1為用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法中采用的電解槽，電解槽為上部開口的矩形容器1，在矩形容器左右兩側均設置固定正極的第一卡槽2和固定負極的第二卡槽
3，鎳網置于前后兩銅框集流體中間且鎳網四周與銅框集流體平齊，將鎳網和兩銅框集流體左右兩側分別卡入左右兩側的第一卡槽2中，將鎳板固定在左右兩側的第二卡槽3中，第一卡槽2寬度與鎳網和兩銅框集流體總寬相適應。該電解槽保證了鎳網表面電流分布均勻，進而保證了在大面積制備的情況下具有均勻的刻蝕效果。
[0023]采用天然海水作為刻蝕溶液，對商用鎳網電極進行改性方法具體如下：
[0024]剪取商用鎳網(10
×
10cm2)浸沒在去離子水中超聲10min以去除表面的附著的雜質。取出后直接將其置于海水中保證將其浸沒在液面以下用直流電源的正極連接鎳網，負極連接鎳板。施加恒電流(50mAcm
?2)分別持續刻蝕5、10、15、20min。去除刻蝕10min以后的海水中的沉淀，可將其應用到電解海水制氫。
[0025]實施例2：
[0026]采用自來水作為刻蝕溶液，對商用鎳網電極進行改性方法具本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將鎳網浸沒在去離子水中，超聲清洗表面附著的雜質；(2)利用兩電極體系進行海水刻蝕，將步驟(1)處理后的鎳網置于海水中，作為正極，鎳板作為負極，施加恒定的電流進行電化學原位刻蝕，完成后沖洗得到表面粗糙，具有一定機械強度的鎳網。2.根據權利要求1所述的用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法，其特征在于，所述步驟(1)和(2)均在室溫26℃下進行。3.根據權利要求1所述的用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法，其特征在于，所述的步驟(1)中的處理時間為10min。4.根據權利要求1所述的用于鎳網電解水制氫電極的預處理方法，其特征在于，步驟(2)在50mAcm
【專利技術屬性】
技術研發人員：王榮方，孫超洋，王輝，王許云，
申請(專利權)人：青島科技大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。