CN110592611A - 催化电极及其制备方法及应用 - Google Patents

催化电极及其制备方法及应用 Download PDF

Info

Publication number
CN110592611A
CN110592611A CN201910901936.4A CN201910901936A CN110592611A CN 110592611 A CN110592611 A CN 110592611A CN 201910901936 A CN201910901936 A CN 201910901936A CN 110592611 A CN110592611 A CN 110592611A
Authority
CN
China
Prior art keywords
composite substrate
catalytic
catalytic electrode
foamed nickel
reaction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910901936.4A
Other languages
English (en)
Inventor
盛敏奇
吴琼
施嘉伦
吕凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Suzhou University
Original Assignee
Suzhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Suzhou University filed Critical Suzhou University
Priority to CN201910901936.4A priority Critical patent/CN110592611A/zh
Publication of CN110592611A publication Critical patent/CN110592611A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/26—Deposition of carbon only
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
    • C25B11/069—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of at least one single element and at least one compound; consisting of two or more compounds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种催化电极，其包括复合基底、及原位生长在复合基底上的Co‑Ni‑P‑S催化材料；复合基底包括泡沫镍、及附在泡沫镍上的碳纳米管。上述催化电极，催化电极材料Co‑Ni‑P‑S原位生长在复合基底上形成稳固的3D自支撑催化电极，具有更快的电子转移过程且提供了充足的途径，加强了基底和催化电极材料之间的结合力；进而可提高电极催化活性和稳定性。该催化电极不用粘合剂，故而避免粘合剂所带来的表观催化活性降低以及工作稳定性差问题。催化电极材料中含有两种金属，形成双金属催化剂，能够利用协同效应提升催化材料的性能；同时还引入非金属元素，从而调节反应中间产物的吸附能。本发明还提供了上述催化电极的制备方法及其应用。

Description

催化电极及其制备方法及应用
技术领域
本发明属于催化材料技术领域，涉及一种催化电极及其制备方法及应用。
背景技术
能源与环境问题是目前全人类面临的两个主要问题。由于氢气具有高能量密度及零排放(不排放任何温室效应气体)的特点，被认为是最具潜力的清洁能源载体，同时氢气可以通过氢燃料电池等方式驱动各类电子设备及动力汽车。
电解水制氢是最理想的可持续制氢途径之一，但是由于析氢和析氧反应过电位高，会导致电解水反应能量转换率降低，因此，为了降低能源损耗，提高能量转换效率，需要研发高效的催化电极材料，减小电解水反应析氢和析氧过程的过电位。
目前，贵金属基催化材料表现出很高的电催化活性，其中Pt族金属和贵金属氧化物分别具有较佳的析氢和析氧电催化活性。但由于其价格昂贵、储量稀少，极大的限制了其工业应用，因此寻找能够替代贵金属的低成本材料成为研究的热点。
此外，大部分催化材料都呈粉末状，必须用粘合剂将其涂覆在基底电极上，由于粘结剂的存在会导致电极电阻增加、活性位点减少并掩蔽反应离子的扩散通道，极大地降低了催化电极材料的表观催化活性。同时，粘合剂自身的附着力难以保证，在电解过程中，其形成的固化膜易脱落，从而导致催化电极的工作稳定性差。
发明内容
基于此，有必要提供一种新的催化电极。
一种催化电极，包括：
复合基底；所述复合基底包括泡沫镍、以及生长在所述泡沫镍上的碳纳米管；
以及Co-Ni-P-S催化材料，原位生长在所述复合基底上。
上述催化电极，催化电极材料Co-Ni-P-S原位生长在复合基底上，可以形成稳固的3D自支撑催化电极，具有更快的电子转移过程，并且提供了充足的途径，并加强了基底和催化电极材料之间的结合力；进而可以提高电极催化活性和稳定性。上述催化电极，不采用粘合剂，故而避免粘合剂所带来的表观催化活性降低以及工作稳定性差的问题。催化电极材料中含有两种金属Co、Ni，形成双金属催化剂，能够利用协同效应提升催化材料的性能；同时还引入P，S非金属元素，从而调节反应中间产物的吸附能。
本发明还提供了上述催化电极的制备方法。
一种催化电极的制备方法，包括如下步骤：
提供复合基底；所述复合基底包括泡沫镍、以及生长在所述泡沫镍上的碳纳米管；
在所述复合基底上原位生长Co-Ni-P-S催化材料。
上述催化电极的制备方法，通过原位生长的方式将Co-Ni-P-S催化材料附在复合基底上，从而避免采用粘合剂，进而避免粘合剂所带来的表观催化活性降低以及工作稳定性差的问题。并且催化电极材料中含有两种金属Co、Ni，形成双金属催化剂，能够利用协同效应提升催化材料的性能；同时还引入P，S非金属元素，从而调节反应中间产物的吸附能。
优选地，在所述复合基底上原位生长Co-Ni-P-S催化材料，包括如下步骤：
在复合基底上原位生长Co(OH)2和Ni(OH)2，形成前驱体；
对所述前驱体同时进行磷化和硫化处理。
优选地，在复合基底上原位生长Co(OH)2和Ni(OH)2通过如下步骤获得：
按照下述计量比配制溶液：
余量为溶剂；所述溶剂为去离子水和乙二醇体积比为1∶1的混合液；
静置陈化以获得水热反应液；
将水热反应液与所述复合基底转移至高压釜中，进行水热反应，反应完成后冷却至室温，后取出清洗，室温下干燥。
优选地，所述水热反应的温度为80～160℃，时间为2～7小时。
优选地，所述磷化和硫化处理包括如下步骤：
将前驱体放入气氛管式炉中，将次亚磷酸钠和硫粉放置在前驱体的上游，同时进行磷化和硫化，随炉冷却至室温。
优选地，所述磷化和硫化的温度为250～450℃，反应时间为3～5h。
优选地，所述复合基底通过在泡沫镍上化学气相沉积碳纳米管获得。
优选地，所述复合基底通过如下步骤获得：
S1、将泡沫镍放入10vt.％HCl溶液中，浸泡30min，后清洗并烘干；
S2、将S1得到的泡沫镍放入气氛管式炉中，进行保温还原反应；随炉冷却至室温，将三聚氰胺放置泡沫镍的上游，然后进行化学气相沉积反应，随炉冷却至室温，得到碳纳米管与泡沫镍的复合基底。
优选地，在步骤S2中，保温还原反应的温度为300～600℃，时间为1～2h。
优选地，在步骤S2中，化学气相沉积的反应温度为600～900℃，时间为2～4h。
优选地，在步骤S2中，气氛管式炉中气氛为H2与Ar的混合气体，Ar的体积百分含量为5～10％。
本发明还提供了上述催化电极在电解水中的应用。
优选地，上述催化电极同时作为电解水析氢和析氧反应的催化电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
一种催化电极，包括复合基底、以及Co-Ni-P-S催化材料。
其中，复合基底的主要作用是，作为Co-Ni-P-S催化材料的导电载体。具体地，所述复合基底包括泡沫镍、以及附在泡沫镍上的碳纳米管。更进一步地，碳纳米管通过化学气相沉积方式附在泡沫镍上。
其中，Co-Ni-P-S催化材料是催化电极的主要活性催化部分，其原位生长在复合基底上。
上述催化电极，催化电极材料Co-Ni-P-S原位生长在复合基底上，可以形成稳固的3D自支撑催化电极，具有更快的电子转移过程，并且提供了充足的途径，并加强了基底和催化电极材料之间的结合力；进而可以提高电极催化活性和稳定性。上述催化电极，不采用粘合剂，故而避免粘合剂所带来的表观催化活性差以及工作稳定性差的问题。催化电极材料中含有两种金属Co、Ni，形成双金属催化剂，能够利用协同效应提升催化材料的性能；同时还引入P，S非金属元素，从而调节反应中间产物的吸附能。
本发明还提供了上述催化电极的制备方法。
一种催化电极的制备方法，包括如下步骤：
提供复合基底；所述复合基底包括泡沫镍、以及生长在所述泡沫镍上的碳纳米管；
在所述复合基底上原位生长Co-Ni-P-S催化材料。
其中，在一个优选实施方式中，复合基底通过在泡沫镍上化学气相沉积碳纳米管获得。也就是说，碳纳米管通过化学气相沉积方式附在泡沫镍上。
更进一步地，复合基底通过如下步骤获得：
S1、将泡沫镍放入10vt.％HCl溶液中，浸泡30min，后清洗并烘干；
S2、将S1得到的泡沫镍放入气氛管式炉中，进行保温还原反应；随炉冷却至室温，将三聚氰胺放置泡沫镍的上游，然后进行化学气相沉积反应，随炉冷却至室温，得到碳纳米管与泡沫镍复合的碳材料基底。
在步骤S1中，在一优选实施例中，清洗采用的清洗剂可以是无水乙醇，亦或是丙酮。
在步骤S2中，优选地，保温还原反应的温度为300～600℃，时间为1～2h。
在步骤S2中，优选地，化学气相沉积的反应温度为600～900℃，时间为2～4h。
在步骤S2中，优选地，气氛管式炉中气氛为H2与Ar的混合气体，Ar的体积百分含量为5～10％。
在一具体实施方式中，优选地，在复合基底上原位生长Co-Ni-P-S催化材料，包括如下步骤：
SI、在复合基底上原位生长Co(OH)2和Ni(OH)2，形成前驱体；
SII、对所述前驱体同时进行磷化和硫化处理。
在步骤SI中，进一步优选地，在复合基底上原位生长Co(OH)2和Ni(OH)2通过如下步骤获得：
按照下述计量比配制溶液：
余量为溶剂；
静置陈化以获得水热反应液；
将水热反应液与所述复合基底转移至高压釜中，进行水热反应，反应完成后冷却至室温，后取出清洗，室温下干燥。
更进一步地，所述溶剂为去离子水和乙二醇体积比为1∶1的混合液。
优选地，所述水热反应的温度为80～160℃，时间为2～7小时。
在步骤SII中，所述磷化和硫化处理优选包括如下步骤：
将前驱体放入气氛管式炉中，将次亚磷酸钠和硫粉放置在前驱体的上游，进行磷化和硫化，随炉冷却至室温。也就是说，次亚磷酸钠作为磷化的磷源，硫粉作为硫化的硫源。
更进一步地，所述磷化和硫化的温度为250～450℃，反应时间为3～5h。
上述催化电极的制备方法，通过原位生长的方式将Co-Ni-P-S催化材料附在复合基底上，从而避免采用粘合剂，进而避免粘合剂所带来的表观催化活性降低以及工作稳定性差的问题。并且催化电极材料中含有两种金属Co、Ni，形成双金属催化剂，能够利用协同效应提升催化材料的性能；同时还引入P，S非金属元素，从而调节反应中间产物的吸附能。
本发明还提供了上述催化电极在电解水中的应用。
优选地，上述催化电极同时作为电解水析氢和析氧反应的催化电极。
当然，可以理解的是，也可以只作电解水析氢反应的催化剂，亦可以只作电解水析氧反应的催化电极。
以下结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1
复合基底的制备：
取泡沫镍1.0×1.0mm若干片，将泡沫镍放入10vt.％HCl中浸泡30min后，经无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥。将经过处理的泡沫镍放入气氛管式炉中，通入氢氩混合气(5％体积含量的Ar)，在500℃下进行保温还原反应1h，随炉冷却至室温，再将三聚氰胺放置泡沫镍的上游，在800℃进行化学气相沉积反应3h，随炉冷却至室温，得到碳纳米管与泡沫镍复合的基底(CNTs/NF)。
Co-Ni-P-S催化材料的生长制备：
使用去离子水和乙二醇(体积比为1∶1)配制溶液，溶液组成为：0.12mol·L- 1CoCl2·6H2O，0.08mol·L-1NiCl2·6H2O，0.4mol·L-1尿素，0.01mol·L-1C12H25SO4Na将溶液静置陈化6h。
将复合基底与溶液一同转移到配有聚四氟乙烯罐子的高压釜中，在100℃下水热反应6h，冷却至室温后取出，经去离子水、无水乙醇依次超声清洗后，室温下干燥得到覆盖有Co(OH)2和Ni(OH)2的复合基底，形成前驱体。
将前驱体放入气氛管式炉中，通入Ar气，将次亚磷酸钠和硫粉放置在前驱体的上游，在250℃进行磷化和硫化，反应时间3h，随炉冷却至室温。
得到的Co-Ni-P-S/CNTs/NF催化电极，记作A1。
实施例2
复合基底的制备：
取泡沫镍1.0×1.0mm若干片，将泡沫镍放入10vt.％HCl中浸泡30min后，经无水乙醇、丙酮依次清洗后，干燥。将经过处理的泡沫镍放入气氛管式炉中，通入氢氩混合气(5％Ar)，在500℃下进行保温还原反应1.5h，随炉冷却至室温，再将三聚氰胺放置泡沫镍的上游，在900℃进行化学气相沉积反应4h，随炉冷却至室温，得到碳纳米管与泡沫镍复合的基底(CNTs/NF)。
Co-Ni-P-S催化材料的生长制备：
使用去离子水和乙二醇(体积比为1∶1)配制溶液，溶液组成为：0.08mol·L- 1CoCl2·6H2O，0.08mol·L-1NiCl2·6H2O，0.4mol·L-1尿素，0.05mol·L-1C12H25SO4Na将溶液静置陈化6h。
将复合基底与溶液一同转移到配有聚四氟乙烯罐子的高压釜中，在120℃下水热反应4h，冷却至室温后取出，经去离子水、无水乙醇依次超声清洗后，室温下干燥得到覆盖有Co(OH)2和Ni(OH)2的复合基底，形成前驱体。
将前驱体放入气氛管式炉中，通入Ar气，将次亚磷酸钠和硫粉放置在前驱体的上游，在250℃进行磷化和硫化，反应时间3.5h，随炉冷却至室温。
得到的Co-Ni-P-S/CNTs/NF催化电极，记作A2。
实施例3
按照实施例1的方法制备复合基底(CNTs/NF)。
使用乙二醇与去离子水配制溶液，溶液组成同实施例1，再将溶液静置陈化12h。
将复合基底与溶液一同转移到配有聚四氟乙烯罐子的高压釜中，在120℃下水热反应6h，冷却至室温后取出，经去离子水、无水乙醇依次超声清洗后，室温下干燥得到覆盖有Co(OH)2和Ni(OH)2复合基底，形成前驱体。
将前驱体放入气氛管式炉中，通入Ar气，将次亚磷酸钠和硫粉放置在前驱体的上游，在300℃进行磷化和硫化，反应时间4h，随炉冷却至室温。
得到的Co-Ni-P-S/CNTs/NF催化电极，记作A3。
实施例4
按照实施例2的方法制备复合基底(CNTs/NF)。
使用乙二醇与去离子水配制溶液，溶液组成同实施例2，再将溶液静置陈化12h。
将复合基底与溶液一同转移到配有聚四氟乙烯罐子的高压釜中，在120℃下水热反应4h，冷却至室温后取出，经去离子水、无水乙醇依次超声清洗后，室温下干燥得到覆盖有Co(OH)2和Ni(OH)2前驱体的碳纳米管与泡沫镍的复合基底。
将前驱体放入气氛管式炉中，通入Ar气，将次亚磷酸钠和硫粉放置在前驱体的上游，在300℃进行磷化和硫化，反应时间5h，随炉冷却至室温。
得到的Co-Ni-P-S/CNTs/NF催化电极，记作A4。
实施例5
按照实施例2的方法制备复合基底(CNTs/NF)。
使用乙二醇与去离子水配制溶液，溶液组成同实施例1，再将溶液静置陈化12h。
将复合基底与溶液一同转移到配有聚四氟乙烯罐子的高压釜中，在150℃下水热反应4h，冷却至室温后取出，经去离子水、无水乙醇依次超声清洗后，室温下干燥得到覆盖有Co(OH)2和Ni(OH)2前驱体的碳纳米管与泡沫镍的复合基底。
将前驱体放入气氛管式炉中，通入Ar气，将次亚磷酸钠和硫粉放置在前驱体的上游，在350℃进行磷化和硫化，反应时间3.5h，随炉冷却至室温。
得到Co-Ni-P-S/CNTs/NF催化电极，记作A5。
性能测试
物相检测：
通过X射线衍射仪分别获得催化电极的物相，测试结果见表1。
过电位检测：
在三电极体系中，在1mol·L-1KOH溶液中的电解水反应中，在电流密度为10mA·cm-2下，分别将催化电极A1-A5作为阴极，测量析氢过电位；分别将催化电极A1-A5作为阳极，测量析氧过电位。测试结果见表1。
槽电压检测：
在两电极体系中，分别用催化电极A1-A5同时作为1mol·L-1KOH溶液中的电解水反应中的阴极和阳极，测量电流密度为10mA·cm-2的槽电压。测试结果见表1。
表1催化电极分析表征与性能测试结果
从表1中可以看出，实施例1-5的在析氢过电位、析氧过电位、以及槽电压均较小，可以明显加快析氢和析氧反应的进程，提高电解水反应的效率；进而证明本发明所提供的催化电极，其不仅可以同时作为电解水反应的阳极和阴极，加快析氢和析氧反应的进程，提高电解水反应的效率。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种催化电极，其特征在于，包括：
复合基底；所述复合基底包括泡沫镍、以及生长在所述泡沫镍上的碳纳米管；
以及Co-Ni-P-S催化材料，原位生长在所述复合基底上。
2.一种催化电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供复合基底；所述复合基底包括泡沫镍、以及生长在所述泡沫镍上的碳纳米管；
在所述复合基底上原位生长Co-Ni-P-S催化材料。
3.根据权利要求2所述的催化电极的制备方法，其特征在于，在所述复合基底上原位生长Co-Ni-P-S催化材料，包括如下步骤：
在复合基底上原位生长Co(OH)2和Ni(OH)2，形成前驱体；
对所述前驱体同时进行磷化和硫化处理。
4.根据权利要求3所述的催化电极的制备方法，其特征在于，在复合基底上原位生长Co(OH)2和Ni(OH)2通过如下步骤获得：
按照下述计量比配制溶液：
余量为溶剂；所述溶剂为去离子水和乙二醇体积比为1：1的混合液；
静置陈化以获得水热反应液；
将水热反应液与所述复合基底转移至高压釜中，进行水热反应，反应完成后冷却至室温，后取出清洗，室温下干燥。
5.根据权利要求4所述的催化电极的制备方法，其特征在于，所述水热反应的温度为80～160℃，时间为2～7小时。
6.根据权利要求3所述的催化电极的制备方法，其特征在于，所述磷化和硫化处理包括如下步骤：
将前驱体放入气氛管式炉中，将次亚磷酸钠和硫粉放置在前驱体的上游，同时进行磷化和硫化，随炉冷却至室温。
7.根据权利要求6所述的催化电极的制备方法，其特征在于，所述磷化和硫化的温度为250～450℃，反应时间为3～5h。
8.根据权利要求2所述的催化电极的制备方法，其特征在于，所述复合基底通过在泡沫镍上化学气相沉积碳纳米管获得，具体步骤如下：
S1、将泡沫镍放入10vt.％HCl溶液中，浸泡30min，后清洗并烘干；
S2、将S1得到的泡沫镍放入气氛管式炉中，进行保温还原反应；随炉冷却至室温，将三聚氰胺放置泡沫镍的上游，然后进行化学气相沉积反应，随炉冷却至室温，得到碳纳米管与泡沫镍的复合基底。
9.根据权利要求8所述的催化电极的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，保温还原反应的温度为300～600℃，时间为1～2h；化学气相沉积反应的温度为600～900℃，时间为2～4h；气氛管式炉中气氛为H2与Ar的混合气体，Ar的体积百分含量为5～10％。
10.权利要求1的催化电极在电解水中的应用。
CN201910901936.4A 2019-09-23 2019-09-23 催化电极及其制备方法及应用 Pending CN110592611A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910901936.4A CN110592611A (zh) 2019-09-23 2019-09-23 催化电极及其制备方法及应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910901936.4A CN110592611A (zh) 2019-09-23 2019-09-23 催化电极及其制备方法及应用

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110592611A true CN110592611A (zh) 2019-12-20

Family

ID=68862554

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910901936.4A Pending CN110592611A (zh) 2019-09-23 2019-09-23 催化电极及其制备方法及应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110592611A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112510216A (zh) * 2020-07-06 2021-03-16 北京化工大学 一种超亲气电极提高微生物燃料电池产电量的工艺
CN113328061A (zh) * 2021-07-12 2021-08-31 浙江王点科技有限公司 一种锂硫电池正极极片的制备方法
CN113426435A (zh) * 2020-03-20 2021-09-24 中国石油化工股份有限公司 含有金属粒子的碳纳米管、金属有机框架材料、电极材料及其制备方法和应用
CN114045500A (zh) * 2021-11-19 2022-02-15 北京科技大学 一种自支撑多级结构电极的制备方法
CN114664573A (zh) * 2022-03-29 2022-06-24 上海应用技术大学 一种磷掺杂镍钴硫复合电极材料及其制备方法和应用
CN114752946A (zh) * 2022-04-11 2022-07-15 四川大学 一种电催化电解水双极板的制备方法

Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0559590A1 (fr) * 1992-03-05 1993-09-08 Roger Lumbroso Procédé d'obtention d'hydroxydes métalliques
WO2011085731A1 (en) * 2010-01-14 2011-07-21 Danmarks Tekniske Universitet Materials for photoelectrocatalytic hydrogen production
CN102416337A (zh) * 2011-08-29 2012-04-18 重庆大学 一种氮掺杂碳纳米管燃料电池催化剂的制备方法
CN102906925A (zh) * 2010-03-18 2013-01-30 布莱克光电有限公司 电化学氢催化剂动力系统
CN105006375A (zh) * 2015-06-04 2015-10-28 郑州大学 一种氮、磷共掺杂多孔碳纳米管、制备方法及应用
CN105177618A (zh) * 2015-05-14 2015-12-23 北京化工大学 适用于自然水体中高效水裂解氧电极及制备方法
CN105217598A (zh) * 2015-10-10 2016-01-06 浙江大学 一种以蔗糖为碳源制备碳纳米管的制备方法
CN105420748A (zh) * 2015-11-18 2016-03-23 复旦大学 一种基于三电极体系的两步法电解水制氢的方法及装置
CN105483744A (zh) * 2015-11-30 2016-04-13 苏州大学 一种多孔析氢催化剂及其制备方法及含有所述析氢催化剂的电极
CN105951123A (zh) * 2016-05-06 2016-09-21 湖北大学 一种NiCoP纳米线电催化电极的制备方法
CN106076377A (zh) * 2016-06-06 2016-11-09 复旦大学 一种磷掺杂的硫化钴镍/碳纳米管‑碳纳米纤维复合材料及其制备方法
CN106521550A (zh) * 2016-12-09 2017-03-22 济南大学 用于电解制氢的泡沫镍/层层自组装碳纳米管/镍复合材料制备方法
CN106939427A (zh) * 2017-02-23 2017-07-11 清华大学 一种利用自供氧双阴极装置同时产生双氧水和氢气的方法
CN107833758A (zh) * 2017-10-19 2018-03-23 山西大学 一种镍基一体化电极的制备方法、产品及应用
CN108554413A (zh) * 2018-04-11 2018-09-21 北京化工大学 一种三维多级结构高分散镍基电催化材料及其制备方法
CN109423660A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于电催化分解水的水氧化电催化剂及其制备方法
CN110067004A (zh) * 2019-06-05 2019-07-30 苏州大学 Ni-W-P/CNTs/CC催化电极及其制备方法及应用
CN110075873A (zh) * 2019-04-29 2019-08-02 苏州大学 分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料及其制备方法与应用
CN110106517A (zh) * 2019-04-22 2019-08-09 江苏大学 硫化钴/层状双金属氢氧化物复合电催化剂及其制备方法

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0559590A1 (fr) * 1992-03-05 1993-09-08 Roger Lumbroso Procédé d'obtention d'hydroxydes métalliques
WO2011085731A1 (en) * 2010-01-14 2011-07-21 Danmarks Tekniske Universitet Materials for photoelectrocatalytic hydrogen production
CN102906925A (zh) * 2010-03-18 2013-01-30 布莱克光电有限公司 电化学氢催化剂动力系统
CN102416337A (zh) * 2011-08-29 2012-04-18 重庆大学 一种氮掺杂碳纳米管燃料电池催化剂的制备方法
CN105177618A (zh) * 2015-05-14 2015-12-23 北京化工大学 适用于自然水体中高效水裂解氧电极及制备方法
CN105006375A (zh) * 2015-06-04 2015-10-28 郑州大学 一种氮、磷共掺杂多孔碳纳米管、制备方法及应用
CN105217598A (zh) * 2015-10-10 2016-01-06 浙江大学 一种以蔗糖为碳源制备碳纳米管的制备方法
CN105420748A (zh) * 2015-11-18 2016-03-23 复旦大学 一种基于三电极体系的两步法电解水制氢的方法及装置
CN105483744A (zh) * 2015-11-30 2016-04-13 苏州大学 一种多孔析氢催化剂及其制备方法及含有所述析氢催化剂的电极
CN105951123A (zh) * 2016-05-06 2016-09-21 湖北大学 一种NiCoP纳米线电催化电极的制备方法
CN106076377A (zh) * 2016-06-06 2016-11-09 复旦大学 一种磷掺杂的硫化钴镍/碳纳米管‑碳纳米纤维复合材料及其制备方法
CN106521550A (zh) * 2016-12-09 2017-03-22 济南大学 用于电解制氢的泡沫镍/层层自组装碳纳米管/镍复合材料制备方法
CN106939427A (zh) * 2017-02-23 2017-07-11 清华大学 一种利用自供氧双阴极装置同时产生双氧水和氢气的方法
CN109423660A (zh) * 2017-09-01 2019-03-05 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于电催化分解水的水氧化电催化剂及其制备方法
CN107833758A (zh) * 2017-10-19 2018-03-23 山西大学 一种镍基一体化电极的制备方法、产品及应用
CN108554413A (zh) * 2018-04-11 2018-09-21 北京化工大学 一种三维多级结构高分散镍基电催化材料及其制备方法
CN110106517A (zh) * 2019-04-22 2019-08-09 江苏大学 硫化钴/层状双金属氢氧化物复合电催化剂及其制备方法
CN110075873A (zh) * 2019-04-29 2019-08-02 苏州大学 分层自组装的Fe-MoS2/Ni3S2/NF复合纳米材料及其制备方法与应用
CN110067004A (zh) * 2019-06-05 2019-07-30 苏州大学 Ni-W-P/CNTs/CC催化电极及其制备方法及应用

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FEIFEI WANG 等: ""Co-doped Ni3S2@CNT arrays anchored on graphite foam with a hierarchical conductive network for high-performance supercapacitors and hydrogen evolution electrodes"", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY A》 *
王玉 等: ""电沉积非晶态Co-W合金镀层在碱性溶液中的电催化析氢研究"", 《材料研究学报》 *
薛云飞 等: "《先进金属基复合材料》", 30 April 2019, 北京理工大学出版社 *
覃小红 等: "《纳尺度纺织纤维科学工程》", 31 January 2019, 东华大学出版社 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113426435A (zh) * 2020-03-20 2021-09-24 中国石油化工股份有限公司 含有金属粒子的碳纳米管、金属有机框架材料、电极材料及其制备方法和应用
CN113426435B (zh) * 2020-03-20 2024-02-20 中国石油化工股份有限公司 含有金属粒子的碳纳米管、金属有机框架材料、电极材料及其制备方法和应用
CN112510216A (zh) * 2020-07-06 2021-03-16 北京化工大学 一种超亲气电极提高微生物燃料电池产电量的工艺
CN113328061A (zh) * 2021-07-12 2021-08-31 浙江王点科技有限公司 一种锂硫电池正极极片的制备方法
CN114045500A (zh) * 2021-11-19 2022-02-15 北京科技大学 一种自支撑多级结构电极的制备方法
CN114664573A (zh) * 2022-03-29 2022-06-24 上海应用技术大学 一种磷掺杂镍钴硫复合电极材料及其制备方法和应用
CN114664573B (zh) * 2022-03-29 2024-05-31 上海应用技术大学 一种磷掺杂镍钴硫复合电极材料及其制备方法和应用
CN114752946A (zh) * 2022-04-11 2022-07-15 四川大学 一种电催化电解水双极板的制备方法
CN114752946B (zh) * 2022-04-11 2023-06-20 四川大学 一种电催化电解水双极板的制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110592611A (zh) 催化电极及其制备方法及应用
CN108796535B (zh) 一种具备三金属铜-钴-钼/泡沫镍多孔电极材料及其制备方法与应用
CN107376958B (zh) NiFeP双功能过渡金属磷化物催化剂及其制备和用途
CN111199835B (zh) 分级结构镍钴硒/镍钴双氢氧化物复合电极材料制备方法
CN109967100B (zh) 一种金属掺杂的CoP3、其制备方法及应用
CN105839131A (zh) 自支撑金属掺杂磷化钴纳米结构的水电解制氢催化电极
WO2022094871A1 (zh) 一种超级电容器用复合电极材料及其制备方法和超级电容器
CN112108149A (zh) 电催化材料的制备方法及相应材料和使用方法
CN110846680B (zh) 一种多缺陷和活性位点的电催化剂的制备方法
CN114836779B (zh) 一种层状双氢氧化物/氮掺杂碳复合材料及其制备方法与应用
CN110787824A (zh) 一种钒掺杂过渡金属氮化物的制备方法及其应用
CN112090436B (zh) 一种镍基催化剂、制备方法及应用
CN113279005A (zh) 钴掺杂MoS2/NiS2多孔异质结构材料制备方法及其应用于电催化析氢
CN112354549A (zh) 一种金属复合物多孔纳米片制备方法
CN111939951A (zh) 一种中空纳米管结构的铜掺杂磷化钴双功能水电解催化材料
CN109449448A (zh) 一种燃料电池阴极催化剂及其制备方法和应用
CN110565113B (zh) 一种用于碱性电催化析氢的复合电催化材料的制备方法
Zheng et al. Robust FeCoP nanoparticles grown on a rGO-coated Ni foam as an efficient oxygen evolution catalyst for excellent alkaline and seawater electrolysis
CN113512738B (zh) 三元铁镍钼基复合材料电解水催化剂、其制备方法和应用
CN113684497A (zh) 一种泡沫铜负载镍钼磷基复合材料及其制备方法与应用
CN110067004B (zh) Ni-W-P/CNTs/CC催化电极及其制备方法及应用
CN114959736B (zh) 一种用于电催化全解水的铁镍硒氧化物电极材料、电极及其制备方法
CN114134536B (zh) 一种海胆状Ni@Ni2P@NiCoP电极材料及其制备方法和应用
CN112877728B (zh) 一种含铂碳层负载泡沫镍电解水电极及其制备方法
CN115692746A (zh) 一步沉积制备orr和oer双功能催化剂的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191220