一种镍基析氢催化剂的活化方法与流程

1.本发明属于碱性水电解制氢系统技术领域，尤其涉及一种镍基析氢催化剂的活化方法。

背景技术：

2.先进清洁能源技术的开发是实现人类社会可持续发展的关键。氢燃料因其高能量密度和环境友好性而成为一种备受青睐的清洁能源，有望替代传统化石燃料。阴极析氢反应是碱性电解水制氢的核心过程，开发高催化性能，高稳定性，低成本的析氢反应电催化剂是推动电解水制氢技术实现工业化生产的关键。
3.镍金属基材料已经成为主流的高性能析氢反应电催化剂，在用于碱性水电解槽阴极端之前，需要对催化剂材料进行碱性溶液下的催化活性处理及活化处理，催化剂材料表面经活化后通过扫描电镜在大倍率放大倍数下可观察到连续的、均匀的且具备一定孔径大小(2～3μm)的活化通道，该通道供电解过程电解液的流通和反应，从而提高催化剂的析氢反应性能。
4.目前碱性电解槽中的阴极催化剂为不同目数的镍网，镍网上喷涂不同组分的合金作为涂层，现有的活化工艺会导致催化剂材料表面存在泛白、水印的缺陷，并且残留大量的氢氧化铝、氢氧化钾等杂质，这些缺陷和杂质在电解过程中会导致电解通道堵塞的现象。

技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种镍基析氢催化剂的活化方法，本发明中的活化方法活化后得到的镍网表面无泛白、无水印，不会残留大量的氢氧化铝、氢氧化钾等杂质，呈现光滑、平整的现象，活化区域十分均匀和完整。
6.本发明提供一种镍基析氢催化剂的活化方法，包括以下步骤：
7.a)在活化槽内装入碱液，使用锯齿状的镍网支撑架将多片镍网隔开叠放入活化槽内，使全部镍网浸入碱液中；
8.所述碱液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液，氢氧化锂溶液，或者氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液；
9.b)在碱液中通入蒸汽进行加热，加热至活化温度后进行活化；
10.c)活化完成后，将镍网转移至清洗槽中，使用去离子水进行冲洗，直至冲洗液为中性；
11.d)将清洗后的镍网沥水、氮气吹干，得到活化的镍基析氢催化剂。
12.优选的，所述镍网为以纯镍网为基材，等离子喷涂镍铝合金涂层的催化剂材料；
13.所述镍和铝的摩尔比为(75～85)：(25～15)。
14.优选的，所述镍网的目数为10～100目。
15.优选的，所述氢氧化钾溶液的质量分数为10～40％，氢氧化钠溶液的质量分数为10～40％，氢氧化锂溶液的质量分数为1～40％，
16.氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液中，氢氧化钾的质量分数为1～10％，氢氧化钠的质量分数为1～20％。
17.优选的，所述活化过程中，镍网的喷涂层朝上放置。
18.优选的，所述每片镍网之间的间隔为10～20cm。
19.优选的，所述活化的温度为40～50℃，活化的时间为5～24小时。
20.优选的，所述步骤b)具体为：在碱液中通入蒸汽，加热至40～45℃，并控制碱液温度不高于50℃。
21.优选的，在所述清洗槽中进行冲洗时，喷涂层朝上。
22.本发明提供了一种镍基析氢催化剂的活化方法，包括以下步骤：a)在活化槽内装入碱液，使用锯齿状的镍网支撑架将多片镍网隔开叠放入活化槽内，使全部镍网浸入碱液中；所述碱液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液，氢氧化锂溶液，或者氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液；b)在碱液中通入蒸汽进行加热，加热至活化温度后进行活化；c)活化完成后，将镍网转移至清洗槽中，使用去离子水进行冲洗，直至冲洗液为中性；d)将清洗后的镍网沥水、氮气吹干，得到活化的镍基析氢催化剂。按照本发明中的活化工艺，活化后得到的镍网表面无泛白、无水印，不会残留大量的氢氧化铝、氢氧化钾等杂质，呈现光滑、平整的现象，活化区域十分均匀和完整，且经活化后镍网无堵塞的现象，有利于催化剂的长期工作和稳定析氢。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
24.图1为本发明的活化工艺流程图；
25.图2为本发明所使用的活化装置，1为锯齿状的镍网支撑架，2为活化槽；
26.图3为本发明实施例1活化后的镍网的照片；
27.图4为本发明实施例1活化后的镍网的sem图(x40)；
28.图5为本发明实施例1活化后的镍网的sem图(x10000)；
29.图6为本发明对比例1活化后的镍网的照片。
具体实施方式
30.本发明提供了一种镍基析氢催化剂的活化方法，包括以下步骤：
31.a)在活化槽内装入碱液，使用锯齿状的镍网支撑架将多片镍网隔开叠放入活化槽内，使全部镍网浸入碱液中；
32.所述碱液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液，氢氧化锂溶液，或者氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液；
33.b)在碱液中通入蒸汽进行加热，加热至活化温度后进行活化；
34.c)活化完成后，将镍网转移至清洗槽中，使用去离子水进行冲洗，直至冲洗液为中性；
35.d)将清洗后的镍网沥水、氮气吹干，得到活化的镍基析氢催化剂。
36.本发明中的活化工艺流程如图1所示，本发明活化过程中所使用的镍网催化剂以纯镍网为基材，在其表面等离子喷涂镍铝合金涂层后所得到的镍网催化剂材料。
37.在本发明中，所述镍网的目数优选为10～100目，更优选为30～80目，最优选为50～60目；所述镍铝合金涂层中，镍和铝的摩尔比优选为(75～85)：(25～15)，更优选为80:20。
38.本发明将配置好的碱液加入活化槽内，活化槽底部放置锯齿状的镍网支撑架，把镍网一片一片(喷涂面朝上)放在镍网支撑架上，每放置一片镍网，中间用支撑架隔开，保证最上面镍网能够被碱液全部淹没。
39.在本发明中，所述每片镍网之间的间隔优选为10～20cm，更优选为15～18cm；所述镍网支撑架放置的镍网的数量没有特殊的限制，根据容器尺寸和实际需求调节即可，具体的，在本发明的实施例中，镍网的数量优选为20～40片。
40.在本发明中，所述镍网支撑架的结构如图2所述，所述锯齿状的支撑架不仅能够支撑固定镍网，还能够将镍网间隔开来，并保证与碱液充分接触活化均匀。
41.放置好镍网之后，本发明在碱液中通入蒸汽进行加热，加热至40～45℃之后，此时会冒出大量的气泡，温度也会缓慢上升，控制碱液的温度不高于50℃，浸泡一段时间进行活化。
42.在本发明中，所述活化的温度优选为40～50℃，更优选为42～48℃；所述活化的时间优选为5～24小时，更优选为10～20小时，最优选为10～15小时。
43.活化完成之后，本发明将镍网转移至清洗槽中(镍铝合金层朝上)，并码放好，用去离子水进行溢流漂洗或活水冲洗，冲洗时宜一张一张进行，不得多片叠放一起冲洗，直至洗下来的水呈中性为止。
44.最后将清洗好的镍网沥水，使用氮气吹干，得到活化的镍基析氢催化剂。
45.本发明提供了一种镍基析氢催化剂的活化方法，包括以下步骤：a)在活化槽内装入碱液，使用锯齿状的镍网支撑架将多片镍网隔开叠放入活化槽内，使全部镍网浸入碱液中；所述碱液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液，氢氧化锂溶液，或者氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液；b)在碱液中通入蒸汽进行加热，加热至活化温度后进行活化；c)活化完成后，将镍网转移至清洗槽中，使用去离子水进行冲洗，直至冲洗液为中性；d)将清洗后的镍网沥水、氮气吹干，得到活化的镍基析氢催化剂。按照本发明中的活化工艺，活化后得到的镍网表面无泛白、无水印，不会残留大量的氢氧化铝、氢氧化钾等杂质，呈现光滑、平整的现象，活化区域十分均匀和完整，且经活化后镍网无堵塞的现象，有利于催化剂的长期工作和稳定析氢。
46.为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种镍基析氢催化剂的活化方法进行详细描述，但不能将其理解为对本发明保护范围的限定。
47.实施例1
48.(1)在60目的纯镍网基材上等离子喷涂(ni:al＝80:20)镍铝合金作为阴极析氢的催化剂材料；
49.(2)配置质量分数为10％的氢氧化锂溶液作为活化的碱液，碱液装在活化槽中进行；
50.(3)活化槽底部放置锯齿状的镍网支撑架，把未割圆的镍网一片一片(喷涂面朝上)放入活化槽支撑架上，每放置一片镍网，中间用支撑架隔开，直至最上面镍网能够被溶液全部淹没，放置的数量为20片，每片镍网的上下间距为10cm；
51.(4)通入蒸汽对溶液进行加温，升温至40℃，此时会冒出大量的气泡，温度也会缓慢上升，控制温度不高于50℃。
52.(5)镍网浸泡10h后，从活化槽底部把碱液放掉，并沥干镍网；
53.(6)把镍网转移到清洗槽中(喷涂面朝上)，并码放好，用去离子水进行冲洗，冲洗时宜一张一张进行，不得多片叠放一起冲洗，直至洗下来的水呈中性为止；
54.(7)清洗好的镍网沥完水后，用氮气吹干；
55.图3～图5分别为实施例1活化后的镍网的照片、表面微观图和表面形貌图，由图3可知，活化后得到的镍网表面无泛白、无水印，不会残留大量的氢氧化铝、氢氧化钾等杂质，呈现光滑、平整的现象，活化区域十分均匀和完整，由图4可知，经活化后镍网无堵塞的现象，有利于催化剂的长期工作和稳定析氢，由图5可知，催化剂材料表面经活化后通过扫描电镜在大倍率放大倍数下可观察到连续的、均匀的且具备一定孔径大小(2～3μm)的活化通道，该通道供电解过程电解液的流通和反应。
56.对比例1
57.按照实施例1中的方法对镍网进行活化，不同的是，碱液为质量分数为5％的氢氧化钾溶液，不使用锯齿状支撑架，而将20片镍网直接堆叠在活化槽中，且清洗后未使用氮气吹干。
58.对比例1活化后的镍网如图6所示，由图6可知，对比例1中活化后镍网表面存在泛白、有水印等技术问题。
59.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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：

1.一种镍基析氢催化剂的活化方法，包括以下步骤：a)在活化槽内装入碱液，使用锯齿状的镍网支撑架将多片镍网隔开叠放入活化槽内，使全部镍网浸入碱液中；所述碱液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液，氢氧化锂溶液，或者氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液；b)在碱液中通入蒸汽进行加热，加热至活化温度后进行活化；c)活化完成后，将镍网转移至清洗槽中，使用去离子水进行冲洗，直至冲洗液为中性；d)将清洗后的镍网沥水、氮气吹干，得到活化的镍基析氢催化剂。2.根据权利要求1所述的活化方法，其特征在于，所述镍网为以纯镍网为基材，等离子喷涂镍铝合金涂层的催化剂材料；所述镍和铝的摩尔比为(75～85)：(25～15)。3.根据权利要求2所述的活化方法，其特征在于，所述镍网的目数为10～100目。4.根据权利要求1所述的活化方法，其特征在于，所述氢氧化钾溶液的质量分数为10～40％，氢氧化钠溶液的质量分数为10～40％，氢氧化锂溶液的质量分数为1～40％，氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液中，氢氧化钾的质量分数为1～10％，氢氧化钠的质量分数为1～20％。5.根据权利要求2所述的活化方法，其特征在于，所述活化过程中，镍网的喷涂层朝上放置。6.根据权利要求1所述的活化方法，其特征在于，所述每片镍网之间的间隔为10～20cm。7.根据权利要求1所述的活化方法，其特征在于，所述活化的温度为40～50℃，活化的时间为5～24小时。8.根据权利要求7所述的活化方法，其特征在于，所述步骤b)具体为：在碱液中通入蒸汽，加热至40～45℃，并控制碱液温度不高于50℃。9.根据权利要求2所述的活化方法，其特征在于，在所述清洗槽中进行冲洗时，喷涂层朝上。

技术总结

本发明提供一种镍基析氢催化剂的活化方法，包括以下步骤：A)在活化槽内装入碱液，使用锯齿状的镍网支撑架将多片镍网隔开叠放入活化槽内，使全部镍网浸入碱液中；所述碱液为氢氧化钾溶液、氢氧化钠溶液，氢氧化锂溶液，或者氢氧化钾和氢氧化钠的混合溶液；B)在碱液中通入蒸汽进行加热，加热至活化温度后进行活化；C)活化完成后，将镍网转移至清洗槽中，使用去离子水进行冲洗，直至冲洗液为中性；D)将清洗后的镍网沥水、氮气吹干，得到活化的镍基析氢催化剂。本发明中的活化工艺，活化后得到的镍网表面无泛白、无水印，不会残留杂质，光滑、平整，活化区域均匀完整，且经活化后镍网无堵塞的现象，有利于催化剂的长期工作和稳定析氢。有利于催化剂的长期工作和稳定析氢。