【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及材料科學和電解水催化領域，特別是指一種用于堿性環境的高效水分解產氫的電極材料，該材料為碳載鉬鎳基催化劑，并包括其制造工藝和實際應用方法。
技術介紹
1、在全球能源轉型的背景下，氫能因其廣泛的可獲得性、高能量產出率和環境純凈性(僅產生水作為燃燒副產品，無溫室氣體排放)而備受推崇，被視為化石燃料的有效替代品。盡管如此，氫氣的制造過程仍然是限制其更廣泛應用的主要障礙。目前，工業制氫主要依賴于石油催化裂解和天然氣蒸汽重整等方法，這些技術在環境影響和資源利用效率方面尚未完全滿足“環境可持續性”的能源戰略目標。幸運的是，隨著太陽能、風能和地熱能等可再生能源發電技術的快速發展，以及電網設施的持續改進，水電解制氫技術逐漸展現出其高效和環境友好的優勢，被認為是實現工業規模制氫的理想選擇。然而，開發出性能卓越、運行可靠且經濟上可行的電催化劑，仍然是促進這一技術進步的核心挑戰。
2、在水電解制氫的領域內，貴金屬如鉑的電催化劑，因其卓越的性能而廣受認可。然而，這些材料的高成本和有限的可用性限制了它們在大規模工業制氫中的應用潛力，并阻礙了制氫技術的廣泛推廣。因此，研制經濟實惠且效能出色的非貴金屬電催化劑，對于促進制氫技術的革新至關重要。最近的研究進展表明，一些非貴金屬元素，例如鉬和鎳的復合材料，在催化水分解制氫方面具有較高的活性和可靠性。盡管取得了這些進展，但目前這些材料的合成技術仍面臨挑戰，如制備過程復雜、需要額外的粘結材料來確保與電極的結合，這些因素限制了它們在工業生產中的應用，而更適用于實驗室規模的制備。此外，低負載貴金屬
技術實現思路
1、本專利技術的核心目標是研制一種新型的電解水制氫電極，該電極采用碳載鉬鎳基催化劑作為其主要的催化活性組分。得益于其原料的廣泛可用性和較低的成本，這款電極在堿性條件下能夠實現高效的催化反應，并且長期維持其結構和化學性質的穩定，這使得它成為工業規模水電解制氫的優選方案。
2、與現有技術相比，本專利技術的有益效果在于，本專利技術提供的碳載體方案可以有效阻止鉬鎳活性中心的團聚失活，保證長時電催化產氫的穩定性。本專利技術的制備工藝展現了創新性和實用性，其特點在于技術流程的成熟與穩定性，加之操作的便捷性和高度的可調節性，使其成為大規模制造的理想選擇。
3、本專利技術描述了一種制備碳載鉬鎳基電催化析氫催化劑的方法，其詳細的制備步驟包括：
4、(1)將0.1-20g(1-10g，2-8g)的鎳源和1g的鉬源分別溶解于100ml的溶劑中，形成兩個獨立的溶液；在20-100℃(20-50℃，25-30℃)的溫度范圍內，對這兩個溶液分別進行1-24h(1-15h，2-8h)的攪拌；
5、(2)將這兩個預制備的溶液混合并用惰性氣氛(ar,n2)氣吹掃，攪拌，注入具有透明光窗的密閉反應池中，同時泵入10-200ml(50-200ml，100-150ml)的碳質載體懸濁液，并在50-100℃(60-90℃，70-80℃)下通過光窗進行波長為100-600nm(150-500nm，200-400nm)、脈沖間隔為1-100ns(1-50ns，10-30ns)、時間為1-10h(2-7h，3-6h)的激光脈沖輻照；
6、(3)激光脈沖輻照完成后，揮發去除溶劑，以獲得碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑。
7、優先地，所述步驟(1)中的鉬的可溶性鹽為二鉬酸銨、四鉬酸銨、仲鉬酸銨中的一種或幾種。所述步驟(1)中的鎳的可溶性鹽為氯化鎳、硝酸鎳、醋酸鎳中的一種或幾種。所述步驟(1)中的醇類為甲醇、乙醇中的一種或幾種。所述步驟(2)中的碳質前驅體為導電炭黑、多孔碳、乙炔黑中的一種或幾種。
8、本專利技術的原理機制基于：在激光輻照的驅動下，鉬鹽、鎳鹽以及碳質載體在分子層面上實現混合，于載體的孔隙內部形成成核與生長，進而在激光輻照氛圍中直接形成具有特定空間限域的碳載鉬鎳基電催化劑。在激光輻照輔助碳載體混合階段，碳載體的孔隙結構不僅引導鉬鎳合金的形成，而且調控了合金顆粒的尺寸，同時賦予了最終產物多孔的碳質構架，顯著增加了電催化反應的活性表面積，并有助于氫氣生成后的迅速釋放，鉬、鎳的前驅物質、碳源以及激光輻照的協同效應，造就了這種獨特的結構，賦予了該電催化劑在堿性環境中卓越的制氫活性和長期穩定性。
9、該催化劑通過激光輻照工藝制備，以碳載鉬鎳基電催化劑為催化活性中心，在堿性介質中，可高效地電解水制備氫氣，其制備工藝所需原料來源廣泛、價格便宜、工藝成熟穩定、操作簡單、可控性強，適用于大規模生產和工業電解水制氫。
10、本專利技術與現有技術相比具有以下有益效果：
11、1、所述的創新技術通過激光輻照工藝，實現了鉬、鎳及碳載體四種成分的一體化融合，直接合成尺寸控制的復合鎳鉬基材料。此工藝因原料易得、成本低、技術成熟、操作便捷且可控性強，非常適合于工業規模的生產。
12、2、該技術通過鉬、鎳的結合輔助以高能激光輻照，形成了超越貴金屬的電子構型，顯著提升了電催化劑的催化效率，為堿性環境下的電解水制氫技術提供了一種非貴金屬碳負載型高效催化劑的替代方案。
13、3、通過在高能激光輻照作用將多孔碳基材料與鉬鎳金屬進行復合，本專利技術避免了額外配位溶劑的使用，能夠精確控制活性組分的尺寸，從而顯著增強了電催化劑電極的結構穩定性。
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1.碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑的制備方法，其特征在于，制備步驟如下：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：
3.一種權利要求1-2任一所述方法制備的碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑。
4.一種權利要求3所述的碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑的應用，其特征在于，以所述碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑作為活性成分制備的電催化析氫電極，該電催化析氫電極作為陰極在堿性介質中電解水制氫。
5.按照權利要求4所述的應用，其特征在于，電催化析氫工作電極載體為碳紙、泡沫鎳玻碳電極中的一種，其面積為0.001-1cm2，碳載鉬鎳材料載量0.1-5mg/cm2；測試體系中堿性介質為氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液中的一種或幾種，其濃度為0.01-10mol/L；三電極體系中參比電極和對電極為Ag/AgCl、Hg/HgO、Pt片、Pt絲、石墨棒中的一種或幾種；電化學工作站品牌為辰華、科斯特、Pine、Biologic或auto-lab中的一種；測試結果均根據能斯特方程(ERHE＝EAg/AgCl+0.0592×pH+0.197)進行可逆氫電極(RHE)校準，其中PH為堿性
...【技術特征摘要】
1.碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑的制備方法，其特征在于，制備步驟如下：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于：
3.一種權利要求1-2任一所述方法制備的碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑。
4.一種權利要求3所述的碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑的應用，其特征在于，以所述碳載鉬鎳基電解水析氫催化劑作為活性成分制備的電催化析氫電極，該電催化析氫電極作為陰極在堿性介質中電解水制氫。
5.按照權利要求4所述的應用，其特征在于，電催化析氫工作電極載體為碳紙、泡沫鎳玻碳...
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