电解水制氢增加电解活性的方法

 在《国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标》中“发展壮大战略性新兴产业”一章提出了“强化氢能与储能等前沿科技和产业变革领域,组织实施未来产业孵化与加速计划”的发展规划。在各种制氢技术中,电解水制氢具有资源丰富,产氢纯度高等优点,是最有希望成为大规模应用的氢能技术。在众多非贵金属催化剂中,镍基催化剂具有较好的电催化性能、价格便宜等优点已经被广泛研究。当前工业化镍基电解水电极由于传质慢、产氢效率低等因素,导致工作电流密度难以提升。多级结构能够为电极材料提供更多的活性位点,有助于提高电极材料的工作电流密度。

为提高电解水电极析氢反应（HER）的催化活性,以泡沫镍作为基底,在磁场作用下垂直生长糖葫芦状Ni纳米线阵列（Ni NWs/NF）,用电化学沉积在纳米线表面沉积Ni纳米球,制得镍三维分级结构电极（Ni/Ni NWs/NF）。与商业化电极相比,三维分级结构电极能够暴露出更多的活性位点,且同质之间晶格匹配增强其性能、延长其寿命。Ni/Ni NWs/NF电极在10mAcm-2的电流密度下仅为52mV的过电位。

为了简化操作、提高HER电极的稳定性,一种大电流密度下的一体化电极,即利用海水电刻蚀预处理镍网,然后原位生长镍纳米线阵列。该一体化电极在工业要求的2-2.1V的工作电压下能实现～800mAcm-2的电流密度,且在500 mAcm-2的电流密度下工作100h没有衰减。为了进一步提高HER电极的导电性和催化活性，将铜网作为集流体,在光滑铜网上电化学沉积Ni层使其表面粗糙化,并获得较高活性的Ni/Cu异质界面,利用磁效应生长具有高比表面积的Ni纳米线阵列分级结构。