一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法与流程

1.本发明涉及电解制氢领域，具体涉及一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法。

背景技术：

2.电解制氢中的碱性电解水目前受传统镍网电催化剂性能的限制，导致碱性电解水的电流密度受限；同时由于镍价格上升，导致镍网电催化剂的价格上涨，投入成本增加。

技术实现要素：

3.本发明所要解决的技术问题是：将提供一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，使用该制备方法制得的不锈钢极网电催化剂具有生产成本低、析氢和析氧反应性能优越、具有更低的过电位。
4.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案为：一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其特征在于：不锈钢极网电催化剂包括：析氧反应极网电催化剂和析氢反应极网电催化剂；析氧反应极网电催化剂的制备方法如下：（1）将不锈钢网用去离子水清洗，进行表面粗除杂，然后将不锈钢网在乙醇或者丙酮中超声清洗至少三遍；（2）将清洗干净的不锈钢网置于烘箱中烘干，然后将不锈钢网放入刻蚀液中，接着将刻蚀液加热至100～200℃后保温，使不锈钢网在刻蚀液中刻蚀反应1～3小时，刻蚀液由酸类物质和氯化锂混合而成，酸类物质为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、磷酸中的一种，刻蚀反应完成后，将不锈钢网冷却至室温，然后用去离子水对不锈钢网进行清洗，接着将不锈钢网烘干，此时的不锈钢网能作为用于掺杂杂原子的前躯体；（3）将不锈钢网置于氨气的氛围下加热至300～500℃后保温2～5小时，然后将不锈钢网冷却至室温，这样就得到了掺杂氮的析氧反应极网电催化剂；析氢反应极网电催化剂的制备方法如下：（1）将不锈钢网用去离子水清洗，进行表面粗除杂，然后将不锈钢网在乙醇或者丙酮中超声清洗至少三遍；（2）将清洗干净的不锈钢网置于烘箱中烘干，然后将不锈钢网放入刻蚀液中，接着将刻蚀液加热至100～200℃后保温，使不锈钢网在刻蚀液中刻蚀反应1～3小时，刻蚀液由酸类物质和氯化锂混合而成，酸类物质为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、磷酸中的一种，刻蚀反应完成后，将不锈钢网冷却至室温，然后用去离子水对不锈钢网进行清洗，接着将不锈钢网烘干，此时的不锈钢网能作为用于掺杂杂原子的前躯体；（3）将不锈钢网在氨气和磷化氢或者氨气和硫化氢的氛围下加热至300～500℃后保温2～5小时，然后将不锈钢网冷却至室温，从而能得到掺杂有氮-磷或硫原子的不锈钢网；
（4）将钼酸钠水合物、氟化铵、尿素混合后加入去离子水中，从而得到混合液，然后对混合液进行搅拌、超声使其充分混合均匀；（5）将不锈钢网、步骤四中的混合液放入反应容器中加热至150～250℃后保温12～24小时，然后将不锈钢网取出冷却至室温，从而能得到掺杂有氮-磷或硫原子、以及生长有铁-钼的不锈钢网；（6）利用纯水对不锈钢网进行清洗，然后将不锈钢网置于氢气的氛围下加热至300～500℃后保温1～3小时，接着将不锈钢网取出冷却至室温，这样就能得到了掺杂氮-磷或硫原子、以及生长有铁-钼氧化物的析氢反应极网电催化剂。
5.进一步的，前述的一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其中：钼酸钠水合物、氟化铵、尿素的质量配比为1：1：3。
6.进一步的，前述的一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其中：刻蚀液中酸类物质和氯化锂的质量配比为（3～5）：1。
7.进一步的，前述的一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其中：氨气和磷化氢的质量配比为：（3～6）：1，氨气和硫化氢的质量配比为：（3～6）：1。
8.进一步的，前述的一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其中：酸类物质的浓度为10～20%。
9.本发明的优点为：本发明所述的制备方法使用低成本的不锈钢网作为水裂解的催化基底，不锈钢网比镍网便宜、掺杂非金属以及生长用金属元素用量少，生产成本能大大降低；在不锈钢网表面上掺杂氮，磷，硫等杂原子、以及在其表面生长镍、钼、钴等金属氧化物，以上改性全部通过化学键合的方式使原子间结合，表面稳定性和表面层的粘附力优于传统的高温等离子体喷涂技术，其独特的表面形貌具有优异的电催化性能。制得的不锈钢极网电催化剂析氧反应性能优于商用的氧化铱、析氢反应性能与铂相当；与传统的镍网电催化剂相比具有更低的过电位，所以电解电压更低，从而降低系统能耗。
具体实施方式
10.下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
11.实施例1一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，不锈钢极网电催化剂包括：析氧反应极网电催化剂和析氢反应极网电催化剂；析氧反应极网电催化剂的制备方法如下：（1）将不锈钢网用去离子水清洗，进行表面粗除杂，然后将不锈钢网在乙醇或者丙酮中超声清洗至少三遍；（2）将清洗干净的不锈钢网置于烘箱中烘干，然后将不锈钢网放入刻蚀液中，接着将刻蚀液加热至100～200℃后保温，使不锈钢网在刻蚀液中刻蚀反应1～3小时，刻蚀液由酸类物质和氯化锂混合而成，酸类物质为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、磷酸中的一种，刻蚀液中酸类物质和氯化锂的质量配比为（3～5）：1，酸类物质的浓度为10～20%，刻蚀反应完成后，将不锈钢网冷却至室温，然后用去离子水对不锈钢网进行清洗，接着将不锈钢网烘干，此时的不锈钢网能作为用于掺杂杂原子的前躯体；（3）将不锈钢网置于氨气的氛围下加热至300～500℃后保温2～5小时，然后将不
锈钢网冷却至室温，这样就得到了掺杂氮的析氧反应极网电催化剂；析氢反应极网电催化剂的制备方法如下：（1）将不锈钢网用去离子水清洗，进行表面粗除杂，然后将不锈钢网在乙醇或者丙酮中超声清洗至少三遍；（2）将清洗干净的不锈钢网置于烘箱中烘干，然后将不锈钢网放入刻蚀液中，接着将刻蚀液加热至100～200℃后保温，使不锈钢网在刻蚀液中刻蚀反应1～3小时，刻蚀液由酸类物质和氯化锂混合而成，酸类物质为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、磷酸中的一种，刻蚀反应完成后，将不锈钢网冷却至室温，然后用去离子水对不锈钢网进行清洗，接着将不锈钢网烘干，此时的不锈钢网能作为用于掺杂杂原子的前躯体；（3）将不锈钢网在氨气和磷化氢的氛围下加热至300～500℃后保温2～5小时，然后将不锈钢网冷却至室温，从而能得到掺杂有氮-磷原子的不锈钢网，氨气和磷化氢的质量配比为：（3～6）：1；（4）将钼酸钠水合物、氟化铵、尿素混合后加入去离子水中，从而得到混合液，然后对混合液进行搅拌、超声使其充分混合均匀，钼酸钠水合物、氟化铵、尿素的质量配比为1：1：3；（5）将不锈钢网、步骤四中的混合液放入反应容器中加热至150～250℃后保温12～24小时，然后将不锈钢网取出冷却至室温，从而能得到掺杂有氮-磷原子、以及生长有铁-钼的不锈钢网；（6）利用纯水对不锈钢网进行清洗，然后将不锈钢网置于氢气的氛围下加热至300～500℃后保温1～3小时，接着将不锈钢网取出冷却至室温，这样能就得到了掺杂氮-磷原子、以及生长有铁-钼氧化物的析氢反应极网电催化剂。
12.实施例2 一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，不锈钢极网电催化剂包括：析氧反应极网电催化剂和析氢反应极网电催化剂；析氧反应极网电催化剂的制备方法如下：（1）将不锈钢网用去离子水清洗，进行表面粗除杂，然后将不锈钢网在乙醇或者丙酮中超声清洗至少三遍；（2）将清洗干净的不锈钢网置于烘箱中烘干，然后将不锈钢网放入刻蚀液中，接着将刻蚀液加热至100～200℃后保温，使不锈钢网在刻蚀液中刻蚀反应1～3小时，刻蚀液由酸类物质和氯化锂混合而成，酸类物质为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、磷酸中的一种，刻蚀液中酸类物质和氯化锂的质量配比为（3～5）：1，酸类物质的浓度为10～20%，刻蚀反应完成后，将不锈钢网冷却至室温，然后用去离子水对不锈钢网进行清洗，接着将不锈钢网烘干，此时的不锈钢网能作为用于掺杂杂原子的前躯体；（3）将不锈钢网置于氨气的氛围下加热至300～500℃后保温2～5小时，然后将不锈钢网冷却至室温，这样就得到了掺杂氮的析氧反应极网电催化剂；析氢反应极网电催化剂的制备方法如下：（1）将不锈钢网用去离子水清洗，进行表面粗除杂，然后将不锈钢网在乙醇或者丙酮中超声清洗至少三遍；（2）将清洗干净的不锈钢网置于烘箱中烘干，然后将不锈钢网放入刻蚀液中，接着
将刻蚀液加热至100～200℃后保温，使不锈钢网在刻蚀液中刻蚀反应1～3小时，刻蚀液由酸类物质和氯化锂混合而成，酸类物质为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、磷酸中的一种，刻蚀反应完成后，将不锈钢网冷却至室温，然后用去离子水对不锈钢网进行清洗，接着将不锈钢网烘干，此时的不锈钢网能作为用于掺杂杂原子的前躯体；（3）将不锈钢网在氨气和硫化氢的氛围下加热至300～500℃后保温2～5小时，然后将不锈钢网冷却至室温，从而能得到掺杂有氮-硫原子的不锈钢网，氨气和硫化氢的质量配比为：（3～6）：1；（4）将钼酸钠水合物、氟化铵、尿素混合后加入去离子水中，从而得到混合液，然后对混合液进行搅拌、超声使其充分混合均匀，钼酸钠水合物、氟化铵、尿素的质量配比为1：1：3；（5）将不锈钢网、步骤四中的混合液放入反应容器中加热至150～250℃后保温12～24小时，然后将不锈钢网取出冷却至室温，从而能得到掺杂有氮-硫原子、以及生长有铁-钼的不锈钢网；（6）利用纯水对不锈钢网进行清洗，然后将不锈钢网置于氢气的氛围下加热至300～500℃后保温1～3小时，接着将不锈钢网取出冷却至室温，这样就能得到了掺杂氮-硫原子、以及生长有铁-钼氧化物的析氢反应极网电催化剂。

技术特征：

1.一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其特征在于：不锈钢极网电催化剂包括：析氧反应极网电催化剂和析氢反应极网电催化剂；析氧反应极网电催化剂的制备方法如下：（1）将不锈钢网用去离子水清洗，进行表面粗除杂，然后将不锈钢网在乙醇或者丙酮中超声清洗至少三遍；（2）将清洗干净的不锈钢网置于烘箱中烘干，然后将不锈钢网放入刻蚀液中，接着将刻蚀液加热至100～200℃后保温，使不锈钢网在刻蚀液中刻蚀反应1～3小时，刻蚀液由酸类物质和氯化锂混合而成，酸类物质为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、磷酸中的一种，刻蚀反应完成后，将不锈钢网冷却至室温，然后用去离子水对不锈钢网进行清洗，接着将不锈钢网烘干，此时的不锈钢网能作为用于掺杂杂原子的前躯体；（3）将不锈钢网置于氨气的氛围下加热至300～500℃后保温2～5小时，然后将不锈钢网冷却至室温，这样就得到了掺杂氮的析氧反应极网电催化剂；析氢反应极网电催化剂的制备方法如下：（1）将不锈钢网用去离子水清洗，进行表面粗除杂，然后将不锈钢网在乙醇或者丙酮中超声清洗至少三遍；（2）将清洗干净的不锈钢网置于烘箱中烘干，然后将不锈钢网放入刻蚀液中，接着将刻蚀液加热至100～200℃后保温，使不锈钢网在刻蚀液中刻蚀反应1～3小时，刻蚀液由酸类物质和氯化锂混合而成，酸类物质为稀盐酸、稀硝酸、稀硫酸、磷酸中的一种，刻蚀反应完成后，将不锈钢网冷却至室温，然后用去离子水对不锈钢网进行清洗，接着将不锈钢网烘干，此时的不锈钢网能作为用于掺杂杂原子的前躯体；（3）将不锈钢网在氨气和磷化氢或者氨气和硫化氢的氛围下加热至300～500℃后保温2～5小时，然后将不锈钢网冷却至室温，从而能得到掺杂有氮-磷或硫原子的不锈钢网；（4）将钼酸钠水合物、氟化铵、尿素混合后加入去离子水中，从而得到混合液，然后对混合液进行搅拌、超声使其充分混合均匀；（5）将不锈钢网、步骤四中的混合液放入反应容器中加热至150～250℃后保温12～24小时，然后将不锈钢网取出冷却至室温，从而能得到掺杂有氮-磷或硫原子、以及生长有铁-钼的不锈钢网；（6）利用纯水对不锈钢网进行清洗，然后将不锈钢网置于氢气的氛围下加热至300～500℃后保温1～3小时，接着将不锈钢网取出冷却至室温，这样就能得到了掺杂氮-磷或硫原子、以及生长有铁-钼氧化物的析氢反应极网电催化剂。2.根据权利要求1所述的一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其特征在于：钼酸钠水合物、氟化铵、尿素的质量配比为1：1：3。3.根据权利要求1或2所述的一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其特征在于：刻蚀液中酸类物质和氯化锂的质量配比为（3～5）：1。4.根据权利要求1或2所述的一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其特征在于：氨气和磷化氢的质量配比为：（3～6）：1，氨气和硫化氢的质量配比为：（3～6）：1。5.根据权利要求1或2所述的一种用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，其特征在于：酸类物质的浓度为10～20%。

技术总结

本发明公开了用于电解制氢的不锈钢极网电催化剂的制备方法，不锈钢极网电催化剂包括：析氧反应极网电催化剂和析氢反应极网电催化剂。本发明所述的制备方法使用低成本的不锈钢网作为水裂解的催化基底，使得生产成本能大大降低；在不锈钢网表面上掺杂氮，磷，硫等杂原子、以及在其表面生长镍、钼、钴等金属氧化物，以上改性全部通过化学键合的方式使原子间结合，表面稳定性和表面层的粘附力优于传统的高温等离子体喷涂技术，其独特的表面形貌具有优异的电催化性能。不锈钢极网电催化剂析氧反应性能优于商用的氧化铱、析氢反应性能与铂相当；与传统的镍网电催化剂相比具有更低的过电位，所以电解电压更低，从而降低系统能耗。从而降低系统能耗。