本發(fā)明屬于催化電極，涉及一種在鎳紡織網(wǎng)表面形成鉑族貴金屬催化層的方法。

背景技術(shù)：

1、對(duì)于電解水制氫技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用中，不僅要求催化電極具有良好的析氫活性，也應(yīng)具有良好的結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定性。負(fù)載型貴金屬催化劑是一種常用的催化劑，其基本結(jié)構(gòu)是將貴金屬（如鉑、鈀、銠等）負(fù)載在載體上。負(fù)載型貴金屬催化劑具有許多優(yōu)點(diǎn)，如活性高、選擇性好、成本低等。

2、由于貴金屬價(jià)格昂貴，將貴金屬負(fù)載在低成本的載體上，可以有效降低催化劑的成本，因此在許多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如石油化工、燃料電池、氫能汽車等能源領(lǐng)域。

3、在貴金屬負(fù)載的過程中，往往難以實(shí)現(xiàn)均勻的分散，容易形成團(tuán)簇或不均勻顆粒結(jié)構(gòu)，這可能導(dǎo)致在催化反應(yīng)中的活性位點(diǎn)分布不均，影響催化劑的整體性能。同時(shí)，載體與貴金屬之間的相互作用可能導(dǎo)致貴金屬活性位點(diǎn)的失活或降低。特別值得注意的是，在長(zhǎng)時(shí)間使用中，貴金屬催化劑可能面臨穩(wěn)定性的挑戰(zhàn)，因?yàn)橘F金屬可能會(huì)溶解到電解液中，從而降低催化劑的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種在鎳紡織網(wǎng)表面形成鉑族貴金屬催化層的方法，通過本發(fā)明制備的鉑族貴金屬催化層的穩(wěn)定性、附著性強(qiáng)。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種在鎳紡織網(wǎng)表面形成鉑族貴金屬催化層的方法，包括以下制備步驟：

4、s1、用去離子水與氫氧化鈉、硅酸鈉和碳酸鈉配制混合堿液，將鎳紡織網(wǎng)置于混合堿液中經(jīng)超聲清洗15~20min，隨后依次用去離子水、無水乙醇超聲清洗15~20min，干燥后將鎳紡織網(wǎng)置入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10~15%的鹽酸溶液中超聲清洗10~20min，再經(jīng)去離子水超聲清洗10~20min，其中混合堿液中氫氧化鈉的濃度為5g/ml，硅酸鈉的濃度為30g/ml，碳酸鈉的濃度為15g/ml；

5、s2、在室溫下將經(jīng)過s1步驟的鎳紡織網(wǎng)置于由0.2~0.5g/l海藻酸鈣、0.03~0.05g/l的氯化鈣和0.5~1.0g/l聚天冬氨酸制而成的轉(zhuǎn)化液中，其中鎳紡織網(wǎng)與轉(zhuǎn)化液的固液比為1:20g/ml，用0.1mol/l的氨水調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化液ph至4.0~4.2，浸漬時(shí)間25~40min，取出后用去離子水快速?zèng)_洗，并在100℃下干燥5~8h，得到預(yù)處理的鎳紡織網(wǎng)；

6、s3、將多巴胺溶解于摩爾濃度為10mm的tris-hcl緩沖液中配制得到質(zhì)量濃度為2~3mg/l的混合液，通過質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30?%的氨水溶液使其混合液的ph調(diào)節(jié)為8.5，室溫下敞口攪拌20~24h，干燥后將得到的聚多巴胺與銨鹽混合，其中聚多巴胺與銨鹽的質(zhì)量比為1：0.8，在惰性氣體氛圍下，800~1100℃熱處理4~7h，自然冷卻至室溫后經(jīng)過粉碎得到固體粉末；

7、s4、將鉑族貴金屬與步驟s3制備的固體粉末混合，通過機(jī)械合金化工藝，制備得到鉑族貴金屬固體粉末；

8、s5、將經(jīng)過s4步驟得到的鉑族貴金屬固體粉末通過等離子噴涂，在預(yù)處理鎳紡織網(wǎng)的表面進(jìn)行噴涂，得到表面形成鉑族貴金屬催化層的鎳紡織網(wǎng)。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s3中，所述銨鹽為硫酸氫銨、硫酸銨中的至少一種。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s4中，所述鉑族貴金屬與步驟s3制備的固體粉末的質(zhì)量比為（60~80）：（2~4）。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s4中，所述機(jī)械合金化工藝的固態(tài)合金化的固體過程為將鉑族貴金屬與步驟s3制備的固體粉末投入到球磨機(jī)中以600r/min的轉(zhuǎn)速球磨2~4h。

12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s4中，所述鉑族貴金屬為鉑、鈀和銥中的一種或多種。

13、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案，步驟s5中，所述等離子噴涂時(shí)使用的氣體為氮?dú)夂蜌錃猓瑝毫?.5~0.6mpa、氮?dú)饬髁繛?0~40l/min，氫氣流量5?l/min，送粉速率為40g/min，噴涂距離為100~120mm。

14、本發(fā)明先通過對(duì)鎳紡織網(wǎng)進(jìn)行預(yù)處理，通過混合堿液超聲清洗除去鎳紡織網(wǎng)表面的有機(jī)油污，混合堿液由硅酸鈉、氫氧化鈉和碳酸鈉配制得到，硅酸鈉通過水解生成的膠束結(jié)構(gòu)可以有效懸浮固體污垢，并通過碳酸鈉除去難溶性雜質(zhì)；隨后用去離子水、無水乙醇中超聲清洗以除去堿液，并通過鹽酸溶液中超聲清洗來除去鎳紡織網(wǎng)表面的氧化物雜質(zhì)，從而對(duì)鎳紡織網(wǎng)表面進(jìn)行活化處理，以便后續(xù)處理。

15、將經(jīng)過活化處理的鎳紡織網(wǎng)置于海藻酸鈣和聚天冬氨酸制備的轉(zhuǎn)化液中，經(jīng)過浸漬處理，會(huì)在鎳紡織網(wǎng)表面生成一層高分子膜，一方面，聚天冬氨酸和海藻酸鈣均具有良好的水溶性，通過海藻酸鈣與聚天冬氨酸的混合，因海藻酸鈣具有良好的粘附性，同時(shí)海藻酸鈉與聚天冬氨酸通過交聯(lián)形成更穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，提高薄膜對(duì)于鎳紡織網(wǎng)的附著性，提高聚天冬氨酸的穩(wěn)定性，從而幫助聚天冬氨酸更好地在鎳網(wǎng)表面形成一層均勻的薄膜，可以增強(qiáng)催化層與鎳紡織網(wǎng)之間的結(jié)合力，從而防止催化層在電解水反應(yīng)過程中脫落，提高催化劑的分散性和催化層的穩(wěn)定性，通過表面膜的處理，可以改變鎳紡織網(wǎng)表面的粗糙度和孔隙結(jié)構(gòu)，增加比表面積，為催化層負(fù)載提供更多的附著點(diǎn)和反應(yīng)活性位點(diǎn)，從而提高催化層的負(fù)載效率和催化性能，并且聚天冬氨酸-海藻酸鈣薄膜的存在可以改變鎳紡織網(wǎng)表面的電荷分布和潤(rùn)濕性，有利于催化劑層在鎳紡織網(wǎng)上的均勻分布和穩(wěn)定附著，一定程度上保護(hù)催化劑顆粒，防止其在負(fù)載過程中發(fā)生脫落或聚集，進(jìn)一步提高催化層的穩(wěn)定性。同時(shí)海藻酸鈣本身具有一定的吸附性能，可以吸附并固定催化層中的活性成分，這種吸附作用有助于催化層在鎳紡織網(wǎng)表面的均勻分布。

16、另一方面，聚天冬氨酸和海藻酸鈣都具有防腐蝕性，其薄膜層能夠在一定程度上隔絕鎳紡織網(wǎng)與腐蝕性介質(zhì)的直接接觸，從而減緩鎳紡織網(wǎng)的腐蝕速率，減少電極在電解過程中的溶解和損耗，保持電極的形狀和尺寸穩(wěn)定，提高電解過程的可靠性和效率。從而提高催化層的耐腐蝕性，避免催化層的腐蝕導(dǎo)致催化性能下降，從而延長(zhǎng)電極的使用壽命。并且聚天冬氨酸具有良好的導(dǎo)電性能，可以提高電極的導(dǎo)電效率，降低電阻，從而促進(jìn)電解反應(yīng)的進(jìn)行。

17、本發(fā)明中聚多巴胺和銨鹽通過高溫?zé)峤?，在熱解和碳化的過程中，硫酸銨或硫酸氫銨分解產(chǎn)生的二氧化硫或其他含硫中間體會(huì)與碳氮骨架發(fā)生反應(yīng)，這些反應(yīng)中硫原子會(huì)與碳氮骨架中的氫原子或氧原子發(fā)生取代或者與碳氮骨架上的不飽和鍵（如雙鍵或三鍵）發(fā)生加成反應(yīng)，從而得到硫摻雜的碳氮化合物，硫原子的電負(fù)性較高，其引入會(huì)改變碳氮化合物的電子結(jié)構(gòu)，影響電荷分布和自旋密度，從而增強(qiáng)催化層的導(dǎo)電性與催化活性，并且通過硫修飾可以在碳氮骨架上產(chǎn)生更多的缺陷和活性位點(diǎn)，這些位點(diǎn)有利于吸附和活化反應(yīng)物，幫助提高催化層在發(fā)生催化反應(yīng)的效率。

18、將通過硫修飾的碳氮粉末作為添加劑與鉑族貴金屬固體顆粒混合，通過等離子噴涂形成催化層，硫修飾的碳氮顆粒具有抗中毒特性，能夠減少催化劑因中毒（如與毒性物質(zhì)反應(yīng)導(dǎo)致活性降低）而失活的風(fēng)險(xiǎn)，并且硫修飾的碳氮顆粒可以作為載體或助劑，促進(jìn)鉑族貴金屬納米顆粒的均勻分散，并增強(qiáng)鉑族貴金屬顆粒與鎳紡織網(wǎng)載體之間的相互作用，防止金屬納米顆粒在反應(yīng)過程中團(tuán)聚，從而保持催化層的活性，提高催化效率并延長(zhǎng)催化層壽命。

19、本發(fā)明的有益效果：

20、本發(fā)明中通過對(duì)鎳紡織網(wǎng)進(jìn)行預(yù)處理，用混合堿液和酸溶液洗滌除去表面的油污與雜質(zhì)，以達(dá)到活化的目的，并通過聚天冬氨酸-海藻酸鈣的膜結(jié)構(gòu)包裹鎳紡織網(wǎng)表面，為催化層提供更多的活性位點(diǎn)，提高催化層的附著性，從而提高催化層的穩(wěn)定性。再通過硫修飾的碳氮顆粒與鉑族貴金屬固體顆粒混合，通過等離子噴涂形成催化層，從而促進(jìn)鉑族貴金屬納米顆粒的均勻分散，通過活性位點(diǎn)的增強(qiáng)鉑族貴金屬顆粒與鎳紡織網(wǎng)載體之間的相互作用，增強(qiáng)附著性，有效防止金屬納米顆粒在形成催化層過程中發(fā)生團(tuán)聚，從而保持催化層的活性，提高催化效率并延長(zhǎng)催化層壽命。