多孔镍基钌氧化物复合析氢电极的制备

　　　　　　　　　　　　　　　　多孔镍基钌氧化物复合析氢电极的制备

　　氯碱工业是我国重要的基础化学工业，涉及国民经济及人民生活的各个领域，其产品氢气、氯气和氢氧化钠都是重要的化工生产原料，可以进一步加工成多种化工产品。随着DSA形稳阳极及离子膜电解槽等技术的应用，阳极析氯过电位减小，能耗显著降低，而对于阴极析氢反应，过电位高达50-400 mV，成为电解槽电压增加的主要因素。因此，为了进一步降低氯碱工业的能耗，研究和开发具有高催化活性、价格低廉、稳定性好的阴极析氢电极具有重要的理论意义和实用价值。根据电催化理论可知，降低析氢过电位可以从两方面入手:(I)提高电极的电催化活性，研制具有更大交换电流密度的阴极材料；(2)增大电极的比表面积，以减少电极的真实电流密度，降低析氢过电位。目前，应用于氯碱工业的阴极主要有Raney镍电极、镍合金电极、镍基复合型电极等。其中，镍基含钌氧化物阴极由于具有优良的电催化性能，抗反电流作用强，对中毒不敏感，稳定性好，制造工艺简单易行等优点，受到国内外研究学者的广泛关注。

本发明针对现有析氢电极催化活性不高，稳定性不够好等缺点，提供一种多孔镍基钌氧化物复合析氢电极的制备方法。首先通过阴极电沉积法在镍基底上形成多孔镍，增加载体的比表面积；然后在多孔镍基上电沉积钌氧化物，经过退火处理，形成多孔镍基钌氧化物复合电极，从而显示出较高的析氢催化活性和稳定性。技术方案如下：

(I)、Ni基底的预处理：首先将Ni基底放入碱液中超声震荡15分钟进行化学除油，其中碱液为45g/L硫酸钠、45g/L碳酸钠和45g/L氯化钠的混合水溶液,然后放入无水乙醇中超声处理15分钟,最后用去离子水冲洗干净待用；

(2)、电沉积制备多孔镍基前驱体电极：采用两电极体系，以步骤(I)处理好的Ni基底为工作电极，Ni板为对电极，以含有20〜60g/L氯化镍和30〜120g/L氯化铵的水溶液为电解液，电沉积温度为20〜60°C，在0.5〜2.0A/cm2的电流密度下沉积60〜600秒,利用阴极析氢反应产生的氢气为模板,原位形成多孔镍基前驱体电极；

(3)、电沉积制备多孔镍基钌氧化物复合电极：采用三电极体系，以步骤(2)制备的多孔镍为工作电极，钼片为辅助电极，Ag/AgCl为参比电极，以含有2.0〜10.0mmol/L三氯化钌，2.0〜10.0mmol/L氨基乙酸和0.05〜0.5mol/L硝酸钠的水溶液为电解液，在0.4〜1.0V电位下沉积900〜3600秒；然后在空气气氛下200〜400°C烧结I〜4小时，形成多孔镍基钌氧化物复合电极。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下优点: (I)比表面积大，催化析氢活性高。此方案利用阴极析氢反应产生的氢气为模板，在Ni基表面原位构筑有序多孔镍结构，增大电极的比表面积，促进后续分散钌氧化物活性物种，形成多孔镍基钌氧化物复合电极，从而提供更多的析氢活性位，显示出较高的析氢催化活性。(2)稳定性好。在此方案中，将钌氧化物沉积在多孔镍基前驱体电极上，再放入马弗炉中进行退火处理，形成多孔镍基钌氧化物复合电极，增强了催化层与基底之间的相互作用力，且孔道依然开放，从而使电极在反应过程中产生的氢气及时扩散离开电极，防止催化层在析氢过程中发生脱落的现象，提高了电极的稳定性。 (3)本发明方法简单易行，操作安全，易于实现工业化。采用本发明制备的多孔镍基钌氧化物复合电极在碱液中具有较高的催化析氢活性和稳定性，适用于氯碱工业、电解水制氢中高电流密度条件下的电解反应。