【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及堿性電解水制氫領域，更具體地涉及一種用于陰離子交換膜電解水的納米合金催化劑及其膜電極的制備方法。
技術介紹
1、堿性介質中的電催化析氧反應(oxygen?evolution?reaction)是工業電解水制氫的關鍵步驟。尋求高效、穩定和低成本的析氧電催化劑是電化學領域近年來的研究熱點。
2、aem水電解槽由一個陰離子交換膜和兩個過渡金屬催化劑基電極組成。蒸餾水或低濃度的堿性溶液可以作為aem中的電解質，而不是高濃度的氫氧化鉀溶液。aem方法結合了pem和堿性電解的優點。在科學網站上搜索關鍵詞“陰離子交換膜水電解”時，對aem水電解的完整研究很少，這說明aem電解技術仍處于早期開發階段，有待進一步研究。目前需要協調研究aem電解，以提高功率效率、膜穩定性和離子電導率，降低總堆成本，并將催化劑集成到aem系統中。aem電解的主要優點之一是能夠在單獨的反應室中使用無鉑基金屬(pgm)的電催化劑進行析氫反應(her)和析氧反應(oer)。這降低了aem水電解的資本成本。目前aem催化劑開發的挑戰是在aem系統中優化化學成分、穩定性和整體活性。與貴金屬基催化劑相比，無鉑基金屬電催化劑通常具有相對較低的質量比活性，這導致膜電極組件(mea)上的催化劑負載較大，并造成較大的歐姆電阻損失。
3、因此，一種無貴金屬且具備優異的電解水催化能力及穩定性的納米合金電催化劑具有巨大潛力。
4、術語解釋：堿性電解水、陽極催化劑、析氧反應、過電位、陰離子交換膜
5、堿性電解水：堿性電解水是指在堿性
6、陽極催化劑：陽極催化劑是一種能夠促進電化學反應的催化劑,它能夠在陽極上加速析氧反應的進行，從而提高電化學反應的效率和速度。
7、析氧反應：析氧反應(oer)是電解水反應中的一個半反應，涉及多電子轉移過程，動力學反應緩慢，是制約整個水電解裝置效率的關鍵因素。
8、過電位：亦稱超電勢、過電勢，是指在電催化反應過程中，達到一定電流密度時所需實際電壓超過理論電壓的部分。實際反應中的工作電位往往需要克服動力學過程的阻礙從而表現出高于平衡電位的數值，超出理論值的電壓稱為過電位，主要用來克服活化電阻和電荷轉移電阻等其他電阻。
9、陰離子交換膜：陰離子交換膜是一類含有堿性活性基團，對陰離子具有選擇透過性的高分子聚合物膜，也稱為離子選擇透過性膜。陰離子交換膜由三個部分構成：帶固定基團的聚合物主鏈即高分子基體(也稱基膜)、荷正電的活性基團(即陽離子)以及活性基團上可以自由移動的陰離子。
技術實現思路
1、本專利技術的目的是提供一種用于陰離子交換膜電解水的納米合金催化劑及其膜電極的制備方法，從而解決現有技術缺乏一種無貴金屬且具備優異的電解水催化能力及穩定性的納米合金電催化劑的問題。
2、為了解決上述問題，本專利技術采用以下技術方案：
3、根據本專利技術的第一方面，提供一種用于陰離子交換膜電解水的納米合金催化劑的制備方法，包括以下步驟：s1：將多種金屬鹽按一定比例分散在去離子水中，超聲處理，得到均勻分散的混合物溶液。所述金屬鹽包括鎳鹽和鐵鹽，以及選擇性地加入錳鹽、鈰鹽、鉻鹽、鈷鹽、鑭鹽、釕鹽、銥鹽中的任意一種；s2：向上述溶液中逐滴加入naoh溶液，調節溶液ph至11；s3：將步驟s2所得懸濁液放入離心管后，反復離心多次，每次離心后傾倒上清液，重新加入去離子水，最終收集沉淀物；s4：將所述沉淀物取出，放入球磨罐，加入無水乙醇，球磨一段時間，用滴管吸到燒杯中，烘干；s5：將烘干后的粉末取出，置于瓷舟中，放入管式爐，在氫氣氣氛條件下，升溫一段時間后，在特定溫度下保溫還原一段時間，待管式爐自然降溫；s6：將步驟s5中氫氣還原后的粉末放入球磨罐，加入無水乙醇，球磨一段時間，球磨后的溶液用滴管吸到燒杯中，在一定溫度下烘干，即可制得一種用于陰離子交換膜電解水的納米合金催化劑，當不加入錳鹽、鈰鹽、鉻鹽、鈷鹽、鑭鹽、釕鹽、銥鹽中的任意一種時，得到一種nife二元合金粉末，ni的含量為90％～100％，fe的含量為0％～10％；當加入錳鹽、鈰鹽、鉻鹽、鈷鹽、鑭鹽、釕鹽、銥鹽中的任意一種時，得到一種nife三元合金粉末，ni的含量為76％～96％，fe的含量為4％，第三種元素的含量為0％～20％。
4、優選的，所述步驟s1中，鐵鹽為硝酸鐵，鎳鹽為氯化鎳或硝酸鎳，鈰鹽為氯化鈰或硝酸鈰，鉻鹽為氯化鉻或硝酸鉻，錳鹽為氯化錳，鈷鹽為硝酸鈷，鑭鹽為硝酸鑭，釕鹽為氯化釕，銥鹽為氯化銥。
5、優選的，所述步驟s1中的超聲條件為：超聲功率：50-100％，超聲時長：10-30min，超聲頻率70-99khz。
6、優選的，所述步驟s2中，naoh溶液的濃度為1mol/l。
7、優選的，所述步驟s3中，離心轉速為7000～9000rpm，單次離心時間為5～15min，離心次數為3～5次。
8、優選的，所述步驟s4中球磨轉速為300～400rpm，烘干處理的溫度為60-90℃，烘干處理的時間為2-10h。
9、優選的，所述步驟s5中，還原溫度為600-800℃，還原時間為2-10h。該步驟的作用是還原前驅體成為金屬。氫氣還原溫度為ni的合金相還原溫度，太低不易還原，太高顆粒會團聚變大變硬。
10、優選的，所述步驟s6中，球磨轉速為300～400rpm，烘干處理的溫度為60-90℃，烘干處理的時間為2-10h。該步驟中球磨的作用是減小前驅體顆粒。
11、應當理解的是，步驟s4、s6球磨轉速為制備納米顆粒所需范圍，太小不易形成納米級顆粒，太大能量太高催化劑表面易過分氧化。
12、根據本專利技術的第二方面，提供一種根據上述制備方法制得的用于陰離子交換膜電解水的納米合金催化劑，當不加入錳鹽、鈰鹽、鉻鹽、鈷鹽、鑭鹽、釕鹽、銥鹽中的任意一種時，得到一種nife二元合金粉末，ni的含量為90％～100％，fe的含量為0％～10％；當加入錳鹽、鈰鹽、鉻鹽、鈷鹽、鑭鹽、釕鹽、銥鹽中的任意一種時，得到一種nife三元合金粉末，ni的含量為76％～96％，fe的含量為4％，第三種元素的含量為0％～20％，所述第三種元素為錳、鈰、鉻、鈷、鑭、釕、銥中的任意一種。
13、根據本專利技術的第三方面，提供一種膜電極的制備方法，包括以下步驟：s7：在玻璃瓶中放入鋯珠，稱取一定量的納米合金催化劑，置于玻璃瓶中，加入去離子水、有機溶劑及粘結劑，超聲分散后滾磨一段時間，得到催化劑漿料；s8：將配置好的漿料倒入噴槍，在加熱臺上均勻的噴涂在不同的氣體擴散層載體或陰離子交換膜上，將氣體擴散層、催化劑層、陰離子交換膜壓在一起組裝成膜電極。
14、優選的，所述步驟s7中，去離子水與有機溶劑的體積比為1∶9，粘結劑的含量為粘結劑與催化劑總量的10％～20％，滾磨時間為10～30h；所述步驟s8中，加熱臺的溫度為60～80℃，氣體擴散層載體包括本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種用于陰離子交換膜電解水的納米合金催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1中，鐵鹽為硝酸鐵，鎳鹽為氯化鎳或硝酸鎳，鈰鹽為氯化鈰或硝酸鈰，鉻鹽為氯化鉻或硝酸鉻，錳鹽為氯化錳，鈷鹽為硝酸鈷，鑭鹽為硝酸鑭，釕鹽為氯化釕，銥鹽為氯化銥。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S3中，離心轉速為7000～9000rpm，單次離心時間為5～15min，離心次數為3～5次。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S4中，球磨轉速為300～400rpm，烘干處理的溫度為60-90℃，烘干處理的時間為2-10h。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S5中，還原溫度為600-800℃，還原時間為2-10h。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S6中，球磨轉速為300～400rpm，烘干處理的溫度為60-90℃，烘干處理的時間為2-10h。
7.一種根據權利要求1-6中任意一項所述的制備方法
8.一種膜電極的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S7中，去離子水與有機溶劑的體積比為1∶9，粘結劑的含量為粘結劑與催化劑總量的10％～20％，滾磨時間為10～30h；所述步驟S8中，加熱臺的溫度為60～80℃，氣體擴散層載體包括泡沫鎳、碳紙或碳布。
10.一種根據權利要求8-9中任意一項所述的制備方法制得的膜電極。
...【技術特征摘要】
1.一種用于陰離子交換膜電解水的納米合金催化劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s1中，鐵鹽為硝酸鐵，鎳鹽為氯化鎳或硝酸鎳，鈰鹽為氯化鈰或硝酸鈰，鉻鹽為氯化鉻或硝酸鉻，錳鹽為氯化錳，鈷鹽為硝酸鈷，鑭鹽為硝酸鑭，釕鹽為氯化釕，銥鹽為氯化銥。
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s3中，離心轉速為7000～9000rpm，單次離心時間為5～15min，離心次數為3～5次。
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s4中，球磨轉速為300～400rpm，烘干處理的溫度為60-90℃，烘干處理的時間為2-10h。
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s5中，還原溫度為600-800℃，還原時間為2-10h。
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述步驟s6中，球磨轉速為300～400rpm，烘干處理的溫度為60-90℃，烘干處理的時間為...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李海龍，張林娟，王建強，趙梓宇，
申請(專利權)人：中國科學院上海應用物理研究所，
類型：發明
國別省市：
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