一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法及其在电解海水产氢中的应用

1.本发明属于电解水产氢技术领域，具体涉及一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法及其在电解海水产氢中的应用。


背景技术：

2.对于电解水产氢装置，电催化剂和电解液是其主要组成部分，并由它们决定电解水装置的工作效率。铂以及铂基化合物是产氢催化剂中的标杆，但其稀缺性和高价格阻碍了其广泛应用。因此，开发高效、稳定、廉价的电催化剂是电解水产氢的核心问题。迄今为止，已有各种过渡金属化合物用于产氢电催化剂，其中过渡金属磷化物因其价格较低、电荷转移效率较高而备受关注，尤其是磷化镍。相比于其它过渡金属元素，镍在火山曲线上处于更靠近火山顶部的位置，表明它具有更合适的氢吸附自由能，同时磷元素可以将过渡金属磷化物的氢吸附自由能调整至接近于零，从而提高其产氢活性。此外，在过渡金属磷化物中引入异质金属能够产生协同效应，增强电荷传输效率，提高本征活性。
3.电解液作为电解水产氢装置的另一个主要组成部分，其种类繁多，但几乎都以纯水为溶剂，占据了装置的一部分成本。由于地球表面大量的海水储量和漫长的海岸线，直接使用海水作为电解液的溶剂是降低成本的一种途径。因为大部分清洁电力能源技术与海洋有关(如潮汐、太阳能和风能)，将电解水产氢与海水结合，使得将可再生能源发电技术与电解水产氢技术结合更容易实施。此外，高稳定性的电解水阴极能够保障电解水装置的使用寿命降低了电解槽原材料的成本，因此开发一种在海水中具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极是有意义的。


技术实现要素：

4.基于上述背景技术中存在的问题，针对上述现有技术，本发明提供一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法及在电解海水产氢中的应用，以降低电解水装置的成本，并且延长使用寿命。
5.为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法，包括以下步骤：
6.s1：将硝酸钴六水合物完全溶解于dmf中，得到含硝酸钴的前驱溶液；
7.s2：将s1中的前驱溶液盖满镍泡沫网表面，待其彻底干燥后，得到附有硝酸钴的镍泡沫网；
8.s3：将经步骤s2所得的附有硝酸钴的镍泡沫网放在高温炉的升温区，然后在镍泡沫网旁边放置红磷粉末，将高温炉升温至460-500℃，冷却后可获得具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍，得到的该钴掺杂磷化镍即可作为电解水阴极。
9.优选地，所述步骤s2得到的附有硝酸钴的镍泡沫网放在高温炉的升温区，将高温炉升温至500℃，冷却后可获得具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍。
10.优选地，一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法所得的具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极。
11.优选地，一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极在电解海水产氢中的应用，所述钴掺杂磷化镍电解水阴极应用于电解海水产氢领域中，所述将钴掺杂磷化镍作为电解水阴极、石墨棒作电解水阳极、hg/hgo电极作参比电极、氢氧化钾海水溶液作电解液，构建电解海水产氢装置。
12.优选地，所述石墨棒可替换为其它稳定的电解水阳极材料；所述hg/hgo电极可替换为其它稳定的参比电极。
13.本发明的有益效果是：本发明条件简单，采用本发明的制备方法进行钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备得到了具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极，该电解水阴极的物理和化学性能稳定，电解水产氢活性良好，且能够在海水中稳定工作。通过保证电解水装置的使用寿命和海水的引入，降低电解水产氢装置的成本。
附图说明
14.图1为一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的扫描电镜图。
15.图2为一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的极化曲线图。
16.图3为一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的恒电流计时电位图。
具体实施方式
17.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.本发明提出了一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法及其在电解海水产氢中的应用，包括以下步骤：
19.s1：将硝酸钴六水合物完全溶解于dmf中，得到含硝酸钴的前驱溶液；
20.s2：将s1中的前驱溶液盖满镍泡沫网表面，待其彻底干燥后，得到附有硝酸钴的镍泡沫网；
21.s3：将经步骤s2所得的附有硝酸钴的镍泡沫网放在高温炉的升温区，然后在镍泡沫网旁边放置红磷粉末，将高温炉升温至460-500℃，冷却后可获得具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍，得到的该钴掺杂磷化镍即可作为电解水阴极
22.进一步地，步骤s2得到的附有硝酸钴的镍泡沫网放在高温炉的升温区，将高温炉升温至500℃，冷却后可获得具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍。
23.进一步地，一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法所得的具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极。
24.进一步地，一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极在电解海水产氢中的应用，钴掺杂磷化镍电解水阴极应用于电解海水产氢领域中，将钴掺杂磷化镍作为电解水阴极、石墨棒作电解水阳极、hg/hgo电极作参比电极、氢氧化钾海水溶液作电解液，构建电解海水产氢装置。
25.进一步地，石墨棒可替换为其它稳定的电解水阳极材料；hg/hgo电极可替换为其它稳定的参比电极。
26.图1的扫描电镜图显示了制备方法所得的钴掺杂磷化镍电解水阴极具有纳米片阵列结构，同时纳米片之间存在大量的空隙，为钴掺杂磷化镍电解水阴极带来极大的比表面积，也带来了巨大的电化学有效表面积。
27.图2的极化曲线显示具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极在海水中实现电流密度为10ma/cm2和100ma/cm2时所需的过电势分别为48mv和184mv，表现出极好的电解水产氢活性。
28.图3中的恒电流计时电位图显示具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极在电流密度为100ma/cm2时在氢氧化钾海水溶液中持续工作二十余天未见明显衰减，表明其具有极强的稳定性。
29.以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。


技术特征：
1.一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1：将硝酸钴六水合物完全溶解于dmf中，得到含硝酸钴的前驱溶液；s2：将s1中的前驱溶液盖满镍泡沫网表面，待其彻底干燥后，得到附有硝酸钴的镍泡沫网；s3：将经步骤s2所得的附有硝酸钴的镍泡沫网放在高温炉的升温区，然后在镍泡沫网旁边放置红磷粉末，将高温炉升温至460-500℃，冷却后可获得具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍，得到的该钴掺杂磷化镍即可作为电解水阴极。2.根据权利要求1所述的一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法，其特征在于：所述步骤s2得到的附有硝酸钴的镍泡沫网放在高温炉的升温区，将高温炉升温至500℃，冷却后可获得具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍。3.根据权利要求1-2任一所述的一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法所得的具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极。4.根据权利要求3所述的一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极在电解海水产氢中的应用，其特征在于：所述钴掺杂磷化镍电解水阴极应用于电解海水产氢领域中，所述将钴掺杂磷化镍作为电解水阴极、石墨棒作电解水阳极、hg/hgo电极作参比电极、氢氧化钾海水溶液作电解液，构建电解海水产氢装置。5.根据权利要求4所述的一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极在电解海水产氢中的应用，其特征在于：所述石墨棒可替换为其它稳定的电解水阳极材料；所述hg/hgo电极可替换为其它稳定的参比电极。

技术总结
本发明涉及一种超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极的制备方法及其在电解海水产氢中的应用，制备步骤为：制备钴元素的前驱溶液；制备得到具有高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极；制备海水作电解液的电解水产氢装置。通过制备在海水中具有超高稳定性的钴掺杂磷化镍电解水阴极，有效地延长电解水阴极的使用寿命，并且使用海水代替纯水作电解液溶剂，多方面降低电解水装置产氢的成本。面降低电解水装置产氢的成本。面降低电解水装置产氢的成本。


技术研发人员：陈伟武 秦昭君 王志明
受保护的技术使用者：电子科技大学长三角研究院（湖州）
技术研发日：2023.04.17
技术公布日：2023/7/7