一种电沉积包覆聚苯胺的钴镍基电化学析氢反应自支撑电极的制备方法

摘要

本发明涉及一种电沉积包覆聚苯胺的钴镍基电化学析氢反应自支撑电极的制备方法，属于电化学催化技术领域。本发明通过基底腐蚀自掺杂的方式先在泡沫镍基底上原位生长钴镍基自支撑前驱体，形成具有较多活性位点，高电导率及活性的催化剂微观结构；然后采用电沉积的方法在此微观结构外层进行聚苯胺的沉积包覆，利用聚苯胺分子链中的P电子共轭结构提升自支撑电极的电化学活性，包覆在催化剂表面调制钴镍位点重新分布，形成保护层防止催化剂分解，提升该自支撑电极的电化学导电性及稳定性。在保留了钴镍基催化剂的特点的同时引入聚苯胺的优点，改善了钴镍基催化剂易分解的缺点，且原料低廉、反应温和、能量消耗低，电化学性能优秀，有很好的应用前景。

说明书

技术领域

本发明属于电化学催化领域，涉及一种电沉积包覆聚苯胺的钴镍基电化学析氢反应自支撑电极的制备方法。

背景技术

随着社会对能源的需求逐渐加大，能源和环境问题成为人类社会可持续发展涉及的最主要问题。当前全球能量的使用大多数来源于化石燃料，长此以往必将导致化石燃料的枯竭，也将导致严重的环境污染。从化石燃料逐步转向利用可持续发展无污染的非化石能源是发展的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一也是重要的化工原料，受到世界各国广泛的重视。电解水制氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段。

在现有的电极类型中，自支撑电极易制备、结合充分、电流密度强、比表面积大；过渡金属草酸盐具有结构可调、选择性好、安全性高、储量丰富、成本低廉以及独特的物理化学性质等优点，但存在导电性不足，稳定性差，易分解等问题；聚苯胺具有高电化学导电性、较好的稳定性、良好的粘附着力，高亲水性，可快速进行氧化还原反应并存储电荷；电沉积法在常温常压下即可低成本生产，设备要求低，易于操作，速度快，可在复杂形状的基底均匀包覆或生长。

本发明中硝酸盐与草酸反应会生成少量硝酸，从而腐蚀泡沫镍基底为反应提供镍源，镍与钴具有相近的结合能，在泡沫镍表面原位生长出草酸钴镍复合金属盐纳米片，为电催化析氢反应提供较多的活性位点。使用电沉积法在纳米片表面均匀包覆聚苯胺层，利用聚苯胺分子链中的P电子共轭结构提升自支撑电极的电化学活性，包覆在催化剂表面调制钴镍位点重新分布，提升该自支撑电极的电化学导电性及稳定性，使催化剂具有稳定且优秀的析氢性能。

发明内容

为解决现有的电催化析氢催化剂的催化活性和稳定性无法满足实际制氢需求的问题，本发明提供一种电沉积包覆聚苯胺的钴镍基电化学析氢反应自支撑电极的制备方法。

其具体的制备方案如下：

步骤一，取泡沫镍，规格为每块3×2.5cm ，使用2M的盐酸溶液洗去表面的氧化层，并用乙醇及去离子水各超声清洗三次；

步骤二，取硝酸钴和草酸溶于与离子水，充分搅拌后转移至聚四氟乙烯材质的反应釜内衬中并加入处理过的泡沫镍，进行水热反应，冲洗过后得到Ni-CoC

步骤三，配制硫酸钠苯胺溶液作为电沉积的溶液，对Ni-CoC

进一步的，步骤一中，乙醇为分析纯，交替使用乙醇与去离子水清洗，每次超声五分钟。

进一步的，步骤二中，所用的硝酸钴为Co(NO

进一步的，步骤二中，加入的泡沫镍规格为3×2.5cm，厚度约1.5mm。

进一步的，步骤二中，将搅拌完成的溶液转移至聚四氟乙烯材质的水热反应内衬中，加入泡沫镍，水热温度为200℃，时间为24h。

进一步的，步骤二中，对水热完成的样品进行无水乙醇与去离子水交替冲洗，各三次，然后放入60℃真空干燥箱中干燥12h，得到Ni-CoC

进一步的，步骤三中，硫酸钠苯胺溶液为硫酸钠、苯胺和水组成，其中硫酸钠为无水NaSO

进一步的，步骤三中，电沉积的设备为三电极体系的电解池装置，参比电极为甘汞电极，对电极为铂片，工作电极为Ni-CoC

本发明设计一种电沉积包覆聚苯胺的钴镍基电化学析氢反应自支撑电极的制备方法，通过草酸与硝酸钴的简单反应营造出酸性环境，使泡沫镍还原出镍离子进行掺杂，利用钴镍之间的协同作用，增强样品的电导率。聚苯胺具有高电化学导电性、较好的稳定性、良好的粘附着力，高亲水性，可快速进行氧化还原反应并存储电荷，在此基础上，使用电沉积的方法进行聚苯胺的包覆则利用聚苯胺分子链中的P电子共轭结构提升自支撑电极的电化学活性，包覆在催化剂表面调制钴镍位点重新分布，提升该自支撑电极的电化学导电性及稳定性。

此制备方法先合成具有多活性位点、高电导率及活性等优点的钴镍基催化剂，后在此催化剂结构表面包覆聚苯胺层，在保留了钴镍基催化剂的优点的同时引入聚苯胺的优点，还进一步改善钴镍基催化剂稳定性差的缺点，是一种极具应用前进及参考价值的催化剂制备方法。

附图说明

图1为Ni-CoC

图2为Ni-CoC

图3为Ni-CoC

图4为Ni-CoC

图5为Ni-CoC

具体实施方式

下面对本发明提供的一种电沉积包覆聚苯胺的钴镍基电化学析氢反应自支撑电极的制备方法进一步说明，但本发明的保护内容并不限于所述内容。

实施例1

（1）取泡沫镍，使用2M的盐酸溶液洗去表面的氧化层，并用乙醇及去离子水各超声清洗三次，每次5min，60℃烘干8h；

（2）取Co(NO

（3）硫酸钠苯胺溶液作为电沉积的溶液：取无水硫酸钠7.102加入100mL去离子水中，充分溶解后加入1mL苯胺，充分搅拌后超声10min得到硫酸钠苯氨溶液。

（4）三电极体系中Ni-CoC

实施例2

（1）取泡沫镍，使用2M的盐酸溶液洗去表面的氧化层，并用乙醇及去离子水各超声清洗三次，每次5min，60℃烘干8h；

（2）取Co(NO

实施例3

（1）取泡沫镍，使用2M的盐酸溶液洗去表面的氧化层，并用乙醇及去离子水各超声清洗三次，每次5min，60℃烘干8h；

（2）取Co(NO

草酸钠代替草酸，使反应变为置换反应生成金属盐，避免了对泡沫镍的腐蚀，得到没有镍掺杂的CoC

实施例4

（1）取泡沫镍，使用2M的盐酸溶液洗去表面的氧化层，并用乙醇及去离子水各超声清洗三次，每次5min，60℃烘干8h；

（2）取Ni(NO

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员可以容易地对这些实施例做出各种修改并应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。