CN114381757B - 一种碳包覆的镍钼钒析氢电极及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳包覆的镍钼钒析氢电极及其制备方法和应用，其中制备方法包括包括以下步骤：(1)将电极基底进行碱除油、酸活化预处理，获得还原电极基底；(2)将还原电极基底作为阴极，浸没在含镍源、钼源和铵源的水溶液中，进行电沉积，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底；(3)将多孔镍钼催化层附着的电极基底，在含有碳源和钒源的混合溶液中，于一定温度、压力下进行水热反应，获得金属有机层包覆的多孔镍钼电极；(4)将金属有机层包覆的多孔镍钼电极于惰性气氛中烧结，获得碳包覆的镍钼钒析氢电极。本发明所述的碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，可以提高电解比表面积，降低制氢能耗。

Description

一种碳包覆的镍钼钒析氢电极及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于电解水制氢技术领域，尤其涉及一种碳包覆的镍钼钒析氢电极及其制备方法和应用。
背景技术
可再生能源电解水制取的低碳氢气被视为实现能源结构转型和温室气体减排的关键能源载体。但是受限于电解水制氢的高成本，低碳氢气的广泛应用还存在经济性问题。电解水制氢成本中用电成本占据70～85％。因此降低电耗是将成本的关键，而电极性能直接影响制氢电耗，因此亟需开发低电耗、长寿命的电极满足不断增长的低碳氢气需求。电极开发可以从以下方面着手：一是构造高比面积电极结构，增加电解液与电极的接触面积；二是优化电极界面，抑制氢气在电极表面的过度聚集，降低电解液内电阻；三是在电极表面引入保护层，降低电化学反应对电极催化层结构的冲击，提升电极寿命。因此，需要开发电耗低、稳定性强的碳包覆的镍钼钒析氢电极，推动电解水制氢成本降低，实现大规模发展。
发明内容
有鉴于此，本发明的一个目的在于提出一种碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，以氢气泡作为模板，在电极表面形成多孔结构，提高了电解的比表面积；通过水热反应，在电极表面形成具有有序结构的金属有机层，经高温煅烧，在电极表面形成碳包覆层和均匀分布的氧化钒团簇，碳包覆层既可以有效抑制电解制氢过程镍钼合金中钼元素的溶出，又可以作为表面的缓冲显著减弱化学反应并缓解电极的体积膨胀，氧化钒团簇可以抑制氢气气泡的长大，降低制氢能耗。
本发明的另一个目的在于提出一种碳包覆的镍钼钒析氢电极。
本发明的又一个目的在于提出碳包覆的镍钼钒析氢电极的应用。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，包括以下步骤：
(1)将电极基底进行碱除油、酸活化预处理，获得还原电极基底；
(2)将步骤(1)得到的还原电极基底作为阴极，浸没在含镍源、钼源和铵源的水溶液中，进行电沉积，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底；
(3)将步骤(2)得到的多孔镍钼催化层附着的电极基底，在含有碳源和钒源的混合溶液中，于一定温度、压力下进行水热反应，获得金属有机层包覆的多孔镍钼电极；
(4)将步骤(3)得到的金属有机层包覆的多孔镍钼电极于惰性气氛中烧结，获得碳包覆的镍钼钒析氢电极。
本发明实施例的碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，以氢气泡作为模板，在电极表面形成多孔结构，提高了电解的比表面积；通过水热反应，在电极表面形成具有有序结构的金属有机层，经高温煅烧，在电极表面形成碳包覆层和均匀分布的氧化钒团簇，碳包覆层既可以有效抑制电解制氢过程镍钼合金中钼元素的溶出，又可以作为表面的缓冲显著减弱化学反应并缓解电极的体积膨胀，氧化钒团簇可以抑制氢气气泡的长大，降低制氢能耗。
在本发明的一些实施例中，步骤(1)中，电极基底为镍、铁或铜材质的织网、拉伸网、冲孔网或泡沫网中的一种，也即电极基底为镍织网、铁织网、铜织网、镍拉伸网、铁拉伸网、铜拉伸网、镍冲孔网、铁冲孔网、铜冲孔网、镍泡沫网、铁泡沫网、铜泡沫网中的一种。
需要说明的是，步骤(1)中，碱除油和酸活化的目的在于提高后续镍钼催化层等与电极基底的结合力，保证电极质量。较佳的：
在本发明的一些实施例中，碱除油的方法为：
在碱性化学除油液(NaOH 15g/L，Na2CO3 20g/L，Na3PO4·12H2O 15g/L)中除油，40℃下洗涤20min；接着用80℃热水冲洗，再用去离子水清洗，至冲洗水呈中性。
在本发明的一些实施例中，酸活化方法为：
在稀硫酸溶液中(10vol％)中进行活化，25℃下洗涤5min；接着用去离子水清洗，至冲洗水呈中性。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，含镍源、钼源和铵源的水溶液中，镍源的摩尔浓度为0.1～0.3mol/L，钼源的摩尔浓度为0.02～0.05mol/L，铵源的摩尔浓度为2～3mol/L。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，镍源为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的一种或两种以上，钼源为氯化钼或/和钼酸铵，铵源为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵中的一种或两种以上。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，还包括在电沉积结束后将还原电极基底取出，洗涤、真空干燥，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底的步骤。较佳的，步骤(2)中，真空干燥的工艺条件为：80℃真空干燥12h。
在本发明的一些实施例中，步骤(2)中，电沉积的条件为：常温、常压、pH为8～9、电流密度为500～1000mA/cm2，电沉积的时间为5～20min。这里常温可以理解为20～30℃，常压可以理解为一个大气压(101325Pa)。
在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，含有碳源和钒源的混合溶液为碳源和钒源溶解于乙醇中的混合溶液，其中：碳源的摩尔浓度为0.1～0.3mol/L，钒源的摩尔浓度为0.2～0.5mol/L；步骤(3)中碳源为对苯二甲酸，钒源为氯化钒或/和乙酰丙酮钒。
在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，水热反应在密闭容器中进行，反应温度为100～150℃，反应时间为24～48h。需要说明的是，密闭容器，压力是饱和蒸汽压，与温度存在固定对应关系。本发明的实施例中，密闭容器可以是聚四氟乙烯高压反应釜等。
在本发明的一些实施例中，步骤(3)中，反应于放置在烤箱中的聚四氟乙烯高压反应釜中进行，反应结束后将聚四氟乙烯高压反应釜自然冷却至室温，再将多孔镍钼催化层附着的电极基底用乙醇洗涤，之后真空干燥，可获得金属有机层包覆的多孔镍钼电极。这里室温可以理解为在20～30℃之间。较佳的，步骤(3)中，真空干燥的工艺条件为：80℃真空干燥12h。
在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，烧结在管式炉中进行，烧结温度为500～750℃，烧结时间为4～8h，惰性气氛气体为Ar或N2。
在本发明的一些实施例中，步骤(4)中，碳包覆的镍钼钒析氢电极中碳包覆层的厚度为4～12nm，优选为6.7nm。通过苯环骨架的分解在电极催化层表面生成碳包覆层，碳包覆层作为表面的缓冲，能显著减弱化学反应并缓解电极的体积膨胀。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种碳包覆的镍钼钒析氢电极，其采用如上所述的制备方法制备。
在本发明的一些实施例中，碳包覆的镍钼钒析氢电极中碳包覆层的厚度为4～12nm，优选为6.7nm。
本发明实施例的碳包覆的镍钼钒析氢电极，具有较高的电解比表面积，碳包覆层可以有效抑制电解制氢过程镍钼合金中钼元素的溶出，氧化钒团簇可以抑制氢气气泡的长大，降低制氢能耗。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了如上所述的制备方法制备的碳包覆的镍钼钒析氢电极在电解水制氢领域的应用。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一些实施例的碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
本发明实施例和对比例中各原料如无特殊说明，均为常规化学试剂，可通过商业渠道获得。本发明实施例中用到的方法，如无特殊说明，均为常规实验方法。
本发明实施例的碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，其发明构思在于：在大电流密度下进行电沉积，以氢气泡作为模板，在电极表面形成多孔结构，提高了电解的比表面积；通过水热反应，在电极表面形成具有有序结构的金属有机层，经高温煅烧，在电极表面形成碳包覆层和均匀分布的氧化钒团簇，碳包覆层可以有效抑制电解制氢过程镍钼合金中钼元素的溶出，氧化钒团簇可以抑制氢气气泡的长大，降低制氢能耗。
实施例1
一种碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，包括以下步骤：
(1)以4cm×4cm的镍拉伸网为电极基底，将其在300mL的碱性化学除油液(NaOH15g/L，Na2CO3 20g/L，Na3PO4·12H2O 15g/L)中除油，40℃下洗涤20min；接着用80℃热水冲洗，再用去离子水清洗，除去镍拉伸网表面的油脂，再将经过除油的镍拉伸网放入300mL稀硫酸溶液中(10vol％)中进行活化，25℃下洗涤5min；接着用去离子水清洗，去除镍拉伸网表面的氧化皮等，获得还原镍拉伸网。
(2)将步骤(1)得到的镍拉伸网作为阴极，镍板作为阳极，浸没在含有氯化镍0.15mol/L、氯化钼0.03mol/L、氯化铵2.5mol/L的100mL水溶液中，在常温(25℃)、常压(1个大气压)、pH为8.5、电流密度为800mA/cm2条件下进行电沉积10min；电沉积结束后将镍拉伸网取出，用去离子水洗涤，于80℃真空干燥12h，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底。
(3)将对苯二甲酸0.2mol/L和氯化钒0.25mol/L溶解于纯乙醇中，配置100ml混合溶液。之后，将混合溶液转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，将步骤(2)获得的多孔镍钼催化层附着的电极基底放入其中，将聚四氟乙烯高压反应釜放置在烤箱中于120℃处理36h，反应结束后将聚四氟乙烯高压反应釜自然冷却到室温(25℃)，将电极取出用乙醇洗涤，于80℃真空干燥12h，获得的金属有机层包覆的多孔镍钼电极。
(4)将步骤(3)获得的金属有机层包覆的多孔镍钼电极在管式炉中于600℃下N2气氛围烧结6h，获得碳包覆的镍钼钒析氢电极。
经截面SEM检测，新制备电极表面碳包覆层的厚度为6.5nm；镍拉伸网基材表面无包覆层结构。EDS能谱显示新制备电极表面有均匀的碳元素分布，镍拉伸网基材表面无碳元素。通过电化学工作站进行测试电极极化曲线，采用三电极体系，工作电极为1.5cm×1.5cm的新制备电极和镍拉伸网基材，辅助电极采用碳棒电极，参比电极为汞/***电极(Hg/HgO)，电解液采用30％(wt)的KOH溶液。对于析氢性能测试，线性扫描伏安法测试初始电位为-1V，终点电位为-2V，扫描速度为5mV s-1。对于析氧性能测试，初始电位为0.2V，终点电位为1.2V，扫描速度为5mV s-1。线性扫描伏安法测试之前，均采用循环伏安曲线扫描对电极进行活化以达到稳态，扫描范围为-1.0V到-1.8V，扫描速率为50mV s-1，循环扫描30圈。测试结果显示，在100mA cm-2电流密度条件下，新制备电极的析氢过电位为167mV，镍拉伸网基材的析氢过电位为386mV。将商用镍网作为阳极，商用聚苯硫醚膜作为隔膜，新制电极和镍拉伸网基材作为阴极分别装配碱性电解槽，进行电解制氢实验；在电流密度为0.5A/cm2条件下，阴极装备新制电极的电解槽电解电压为1.79V，运行168h后电压升高0.03V；阴极装备镍拉伸网基材的电解槽电解电压为2.15V，运行168h后电压升高0.13V。
实施例2
一种碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，包括以下步骤：
(1)以10cm×5cm的铁织网为电极基底，将其在500mL的碱性化学除油液(NaOH15g/L，Na2CO3 20g/L，Na3PO4·12H2O 15g/L)中除油，40℃下洗涤20min；接着用80℃热水冲洗，再用去离子水清洗，除去铁织网表面的油脂，再将经过除油的铁织网放入500mL稀硫酸溶液中(10vol％)中进行活化，25℃下洗涤5min；接着用去离子水清洗，去除铁织网表面的氧化皮等，获得还原铁织网。
(2)将步骤(1)得到的铁织网作为阴极，镍板作为阳极，浸没在含有氯化镍0.1mol/L、氯化钼0.035mol/L、硝酸铵2mol/L的200mL水溶液中，在常温(25℃)、常压(1个大气压)、pH为8.2、电流密度为500mA/cm2条件下进行电沉积15min；电沉积结束后将铁织网取出，用去离子水洗涤，于80℃真空干燥12h，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底。
(3)将对苯二甲酸0.3mol/L和氯化钒0.2mol/L溶解于纯乙醇中，配置200ml混合溶液。之后，将混合溶液转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，将步骤(2)获得的多孔镍钼催化层附着的电极基底放入其中，将聚四氟乙烯高压反应釜放置在烤箱中于100℃处理48h，反应结束后将聚四氟乙烯高压反应釜自然冷却到室温(25℃)，将电极取出用乙醇洗涤，于80℃真空干燥12h，获得的金属有机层包覆的多孔镍钼电极。
(4)将步骤(3)获得的金属有机层包覆的多孔镍钼电极在管式炉中于650℃下N2气氛围烧结4h，获得碳包覆的镍钼钒析氢电极。
经截面SEM检测，新制备电极表面碳包覆层的厚度为4.7nm；铁织网基材表面无包覆层结构。EDS能谱显示新制备电极表面有均匀的碳元素分布，铁织网基材表面无碳元素。通过电化学工作站进行测试电极极化曲线，采用三电极体系，工作电极为1.5cm×1.5cm的新制备电极和铁织网基材，辅助电极采用碳棒电极，参比电极为汞/***电极(Hg/HgO)，电解液采用30％(wt)的KOH溶液。对于析氢性能测试，线性扫描伏安法测试初始电位为-1V，终点电位为-2V，扫描速度为5mV s-1。对于析氧性能测试，初始电位为0.2V，终点电位为1.2V，扫描速度为5mV s-1。线性扫描伏安法测试之前，均采用循环伏安曲线扫描对电极进行活化以达到稳态，扫描范围为-1.0V到-1.8V，扫描速率为50mV s-1，循环扫描30圈。测试结果显示，在100mA cm-2电流密度条件下，新制备电极的析氢过电位为181mV，铁织网基材的析氢过电位为423mV。将商用镍网作为阳极，商用聚苯硫醚膜作为隔膜，新制电极和铁织网基材作为阴极分别装配碱性电解槽，进行电解制氢实验；在电流密度为0.5A/cm2条件下，阴极装备新制电极的电解槽电解电压为1.86V，运行168h后电压升高0.05V；阴极装备铁织网基材的电解槽电解电压为2.23V，运行168h后电压升高0.18V。
实施例3
一种碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，包括以下步骤：
(1)以4cm×4cm的铜冲孔网为电极基底，将其在300mL的碱性化学除油液(NaOH15g/L，Na2CO3 20g/L，Na3PO4·12H2O 15g/L)中除油，40℃下洗涤20min；接着用80℃热水冲洗，再用去离子水清洗，除去铜冲孔网表面的油脂，再将经过除油的铜冲孔网放入300mL稀硫酸溶液中(10vol％)中进行活化，25℃下洗涤5min；接着用去离子水清洗，去除铜冲孔网表面的氧化皮等，获得还原铜冲孔网。
(2)将步骤(1)得到的铜冲孔网作为阴极，镍板作为阳极，浸没在含有氯化镍0.3mol/L、钼酸铵0.05mol/L、氯化铵2.5mol/L的100mL水溶液中，在常温(23℃)、常压(1个大气压)、pH为8、电流密度为600mA/cm2条件下进行电沉积20min；电沉积结束后将铜冲孔网取出，用去离子水洗涤，于80℃真空干燥12h，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底。
(3)将对苯二甲酸0.25mol/L和乙酰丙酮钒0.5mol/L溶解于纯乙醇中，配置100ml混合溶液。之后，将混合溶液转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，将步骤(2)获得的多孔镍钼催化层附着的电极基底放入其中，将聚四氟乙烯高压反应釜放置在烤箱中于125℃处理36h，反应结束后将聚四氟乙烯高压反应釜自然冷却到室温(23℃)，将电极取出用乙醇洗涤，于80℃真空干燥12h，获得的金属有机层包覆的多孔镍钼电极。
(4)将步骤(3)获得的金属有机层包覆的多孔镍钼电极在管式炉中于550℃下N2气氛围烧结8h，获得碳包覆的镍钼钒析氢电极。
经截面SEM检测，新制备电极表面碳包覆层的厚度为8.3nm；铜冲孔网基材表面无包覆层结构。EDS能谱显示新制备电极表面有均匀的碳元素分布，铜冲孔网基材表面无碳元素。通过电化学工作站进行测试电极极化曲线，采用三电极体系，工作电极为1.5cm×1.5cm的新制备电极和铜冲孔网基材，辅助电极采用碳棒电极，参比电极为汞/***电极(Hg/HgO)，电解液采用30％(wt)的KOH溶液。对于析氢性能测试，线性扫描伏安法测试初始电位为-1V，终点电位为-2V，扫描速度为5mV s-1。对于析氧性能测试，初始电位为0.2V，终点电位为1.2V，扫描速度为5mV s-1。线性扫描伏安法测试之前，均采用循环伏安曲线扫描对电极进行活化以达到稳态，扫描范围为-1.0V到-1.8V，扫描速率为50mV s-1，循环扫描30圈。测试结果显示，在100mA cm-2电流密度条件下，新制备电极的析氢过电位为196mV，铜冲孔网基材的析氢过电位为405mV。将商用镍网作为阳极，商用聚苯硫醚膜作为隔膜，新制电极和铜冲孔网基材作为阴极分别装配碱性电解槽，进行电解制氢实验；在电流密度为0.5A/cm2条件下，阴极装备新制电极的电解槽电解电压为1.92V，运行168h后电压升高0.07V；阴极装备铜冲孔网基材的电解槽电解电压为2.20V，运行168h后电压升高0.16V。
实施例4
一种碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，包括以下步骤：
(1)以4cm×4cm的镍泡沫网为电极基底，将其在300mL的碱性化学除油液(NaOH15g/L，Na2CO3 20g/L，Na3PO4·12H2O 15g/L)中除油，40℃下洗涤20min；接着用80℃热水冲洗，再用去离子水清洗，除去镍泡沫网表面的油脂，再将经过除油的镍泡沫网放入300mL稀硫酸溶液中(10vol％)中进行活化，25℃下洗涤5min；接着用去离子水清洗，去除镍泡沫网表面的氧化皮等，获得还原镍泡沫网。
(2)将步骤(1)得到的镍拉伸网作为阴极，镍板作为阳极，浸没在含有氯化镍0.2mol/L、氯化钼0.02mol/L、硫酸铵3mol/L的100mL水溶液中，在常温(27℃)、常压(1个大气压)、pH为9、电流密度为1000mA/cm2条件下进行电沉积5min；电沉积结束后将镍泡沫网取出，用去离子水洗涤，于80℃真空干燥12h，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底。
(3)将对苯二甲酸0.1mol/L和氯化钒0.35mol/L溶解于纯乙醇中，配置100ml混合溶液。之后，将混合溶液转移到聚四氟乙烯高压反应釜中，将步骤(2)获得的多孔镍钼催化层附着的电极基底放入其中，将聚四氟乙烯高压反应釜放置在烤箱中于150℃处理24h，反应结束后将聚四氟乙烯高压反应釜自然冷却到室温(27℃)，将电极取出用乙醇洗涤，于80℃真空干燥12h，获得的金属有机层包覆的多孔镍钼电极。
(4)将步骤(3)获得的金属有机层包覆的多孔镍钼电极在管式炉中于750℃下Ar气氛围烧结4h，获得碳包覆的镍钼钒析氢电极。
经截面SEM检测，新制备电极表面碳包覆层的厚度为10.9nm；镍泡沫网基材表面无包覆层结构。EDS能谱显示新制备电极表面有均匀的碳元素分布，镍泡沫网基材表面无碳元素。通过电化学工作站进行测试电极极化曲线，采用三电极体系，工作电极为1.5cm×1.5cm的新制备电极和镍泡沫网基材，辅助电极采用碳棒电极，参比电极为汞/***电极(Hg/HgO)，电解液采用30％(wt)的KOH溶液。对于析氢性能测试，线性扫描伏安法测试初始电位为-1V，终点电位为-2V，扫描速度为5mV s-1。对于析氧性能测试，初始电位为0.2V，终点电位为1.2V，扫描速度为5mV s-1。线性扫描伏安法测试之前，均采用循环伏安曲线扫描对电极进行活化以达到稳态，扫描范围为-1.0V到-1.8V，扫描速率为50mV s-1，循环扫描30圈。测试结果显示，在100mA cm-2电流密度条件下，新制备电极的析氢过电位为153mV，镍泡沫网基材的析氢过电位为392mV。将商用镍网作为阳极，商用聚苯硫醚膜作为隔膜，新制电极和镍泡沫网基材作为阴极分别装配碱性电解槽，进行电解制氢实验；在电流密度为0.5A/cm2条件下，阴极装备新制电极的电解槽电解电压为1.79V，运行168h后电压升高0.02V；阴极装备镍泡沫网基材的电解槽电解电压为2.03V，运行168h后电压升高0.15V。
实施例5
本实施例于实施例1基本相同，不同之处在于：将氯化镍用硫酸镍和硝酸镍的混合物替代，且硫酸镍和硝酸镍的摩尔比为1：1；将氯化钼用氯化钼和钼酸铵的混合物替代，且氯化钼和钼酸铵的摩尔比为1：1；将氯化铵用氯化铵和硝酸铵的混合物替代，且氯化铵和硝酸铵的摩尔比为1：1；步骤(3)中，将氯化钒用氯化钒和乙酰丙酮钒的混合物替代，且氯化钒和乙酰丙酮钒的摩尔比为1：1。
经截面SEM检测，新制备电极表面碳包覆层的厚度为11.6nm；镍拉伸网基材表面无包覆层结构。EDS能谱显示新制备电极表面有均匀的碳元素分布，镍拉伸网基材表面无碳元素。通过电化学工作站进行测试电极极化曲线，采用三电极体系，工作电极为1.5cm×1.5cm的新制备电极和镍拉伸网基材，辅助电极采用碳棒电极，参比电极为汞/***电极(Hg/HgO)，电解液采用30％(wt)的KOH溶液。对于析氢性能测试，线性扫描伏安法测试初始电位为-1V，终点电位为-2V，扫描速度为5mV s-1。对于析氧性能测试，初始电位为0.2V，终点电位为1.2V，扫描速度为5mV s-1。线性扫描伏安法测试之前，均采用循环伏安曲线扫描对电极进行活化以达到稳态，扫描范围为-1.0V到-1.8V，扫描速率为50mV s-1，循环扫描30圈。测试结果显示，在100mA cm-2电流密度条件下，新制备电极的析氢过电位为178mV，镍拉伸网基材的析氢过电位为386mV。将商用镍网作为阳极，商用聚苯硫醚膜作为隔膜，新制电极和镍拉伸网基材作为阴极分别装配碱性电解槽，进行电解制氢实验；在电流密度为0.5A/cm2条件下，阴极装备新制电极的电解槽电解电压为1.80V，运行168h后电压升高0.02V；阴极装备镍拉伸网基材的电解槽电解电压为2.15V，运行168h后电压升高0.13V。
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种碳包覆的镍钼钒析氢电极制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将电极基底进行碱除油、酸活化预处理，获得还原电极基底；
（2）将步骤（1）得到的还原电极基底作为阴极，浸没在含镍源、钼源和铵源的水溶液中，进行电沉积，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底；
（3）将步骤（2）得到的多孔镍钼催化层附着的电极基底，在含有碳源和钒源的混合溶液中，于一定温度、压力下进行水热反应，获得金属有机层包覆的多孔镍钼电极；
（4）将步骤（3）得到的金属有机层包覆的多孔镍钼电极于惰性气氛中烧结，获得碳包覆的镍钼钒析氢电极；
步骤（2）中，含镍源、钼源和铵源的水溶液中，镍源的摩尔浓度为0.1～0.3mol/L，钼源的摩尔浓度为0.02～0.05mol/L，铵源的摩尔浓度为2～3mol/L；
步骤（3）中，含有碳源和钒源的混合溶液为碳源和钒源溶解于乙醇中的混合溶液，其中：碳源的摩尔浓度为0.1～0.3mol/L，钒源的摩尔浓度为0.2～0.5mol/L。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，电极基底为镍、铁或铜材质的织网、拉伸网、冲孔网或泡沫网中的一种；步骤（4）中，碳包覆的镍钼钒析氢电极中碳包覆层的厚度为4-12nm。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，镍源为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍中的一种或两种以上，钼源为氯化钼或/和钼酸铵，铵源为氯化铵、硫酸铵、硝酸铵中的一种或两种以上；
步骤（2）中，还包括在电沉积结束后将还原电极基底取出，洗涤、真空干燥，获得多孔镍钼催化层附着的电极基底的步骤。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，电沉积的条件为：常温、常压、pH为8～ 9、电流密度为500～1000mA/cm2，电沉积的时间为5～20min。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中碳源为对苯二甲酸，钒源为氯化钒或/和乙酰丙酮钒。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，水热反应在密闭容器中进行，反应温度为100～150℃，反应时间为24～48h。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，反应于放置在烤箱中的聚四氟乙烯高压反应釜中进行，反应结束后将聚四氟乙烯高压反应釜自然冷却至室温，再将多孔镍钼催化层附着的电极基底用乙醇洗涤，之后真空干燥，可获得金属有机层包覆的多孔镍钼电极；
步骤（4）中，烧结在管式炉中进行，烧结温度为500～750℃，烧结时间为4～8h，惰性气氛气体为Ar或N2。
8.一种碳包覆的镍钼钒析氢电极，其特征在于，采用如权利要求1至7任意一项所述的制备方法制备。
9.如权利要求1至7任意一项所述的制备方法制备的碳包覆的镍钼钒析氢电极在电解水制氢领域的应用。
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