電解水制氫增加電解活性的方法

 在《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標》中“發展壯大戰略性新興產業”一章提出了“強化氫能與儲能等前沿科技和產業變革領域,組織實施未來產業孵化與加速計劃”的發展規劃。在各種制氫技術中,電解水制氫具有資源豐富,產氫純度高等優點,是最有希望成為大規模應用的氫能技術。在眾多非貴金屬催化劑中,鎳基催化劑具有較好的電催化性能、價格便宜等優點已經被廣泛研究。當前工業化鎳基電解水電極由于傳質慢、產氫效率低等因素,導致工作電流密度難以提升。多級結構能夠為電極材料提供更多的活性位點,有助于提高電極材料的工作電流密度。

為提高電解水電極析氫反應（HER）的催化活性,以泡沫鎳作為基底,在磁場作用下垂直生長糖葫蘆狀Ni納米線陣列（Ni NWs/NF）,用電化學沉積在納米線表面沉積Ni納米球,制得鎳三維分級結構電極（Ni/Ni NWs/NF）。與商業化電極相比,三維分級結構電極能夠暴露出更多的活性位點,且同質之間晶格匹配增強其性能、延長其壽命。Ni/Ni NWs/NF電極在10mAcm-2的電流密度下僅為52mV的過電位。

為了簡化操作、提高HER電極的穩定性,一種大電流密度下的一體化電極,即利用海水電刻蝕預處理鎳網,然后原位生長鎳納米線陣列。該一體化電極在工業要求的2-2.1V的工作電壓下能實現～800mAcm-2的電流密度,且在500 mAcm-2的電流密度下工作100h沒有衰減。為了進一步提高HER電極的導電性和催化活性，將銅網作為集流體,在光滑銅網上電化學沉積Ni層使其表面粗糙化,并獲得較高活性的Ni/Cu異質界面,利用磁效應生長具有高比表面積的Ni納米線陣列分級結構。