一种活性电解水电极及其制备方法与应用

1.本发明属于材料科学与技术领域，具体涉及一种非晶态合金整体式催化电极的制备方法与应用


背景技术：

2.氢气因为其极高的能量密度(283kj
·
mol-1)和洁净的燃烧产物(水)，可作为一种清洁能源用于燃料电池等能源领域，是一种理想的绿色燃料。传统的氢气制造业通过对石化能源的转化制备，如天然气脱氢、水煤气以及醇类重整技术等，但此类技术不仅消耗了大量的化石能源，并且往往伴着高能耗、高污染、高投入和低纯度等缺点。电解水技术是一项绿色、环保、高效的可再生制氢策略。然而，高效的电解水过程需要采用活性催化电极材料来降低制氢过程中的多余能耗。目前，电解水析氢(her)所使用的催化剂主要为铂基贵金属催化剂，由此产生的高额成本极大的限制了电解水制氢技术的普及，截止到2019年，电解水制氢仅占我国制氢产业中的4％份额。此外，催化材料在大电流等极端工况下的活性、稳定性也是制约其大规模商用的另一重要因素。因此，开发一种非贵金属基、高活性、高稳定性、适合大电流工况运行的电解水催化阴极是极具商业价值的。
3.镍、钴等过渡金属元素，由于其独特的电子结构和较为丰富的地壳储量，极其适合作为活性析氢阴极材料。但单质态的过渡金属在析氢过程中，表面吸附能较低，不利于析氢反应。需要通过多元合金化进行调配，优化其吸附态中间产物的吸氢效应。此外，过渡金属合金在储藏使用过程中极度容易被氧化，造成催化材料的中毒失活，影响其性能，因此，需要进一步提高材料的抗氧化能力，从而保证其寿命。并且，由于电化学析氢过程为一个液-固-气三相界面参与的反应，催化电极本身不但需要具备良好的催化活性，还要求电极具有良好的导电能力和三维多孔结构，以提高反应物、产物的传质过程以及气体扩散过程。这一特性在大电流工况下尤其重要，需要对催化电极的整体结构和表面进行优化和处理。最后，目前电解水制氢主要在碱性电解质中进行，以提高其导电性，但强碱溶液对电解槽、管路等都有很大程度的腐蚀，因此，开发适合中性或弱碱性体系的高效整体式催化电极是电解水制氢的另一技术难题。
4.综上所述，目前尚缺乏完全满足以上要求的整体式活性电极，且目前活性催化材料的制备工艺复杂，如高温煅烧，离子溅射，多步化学合成等，不适宜大规模商业化生产。


技术实现要素：

5.针对上述技术问题，本发明提供一种非晶态多元过渡金属合金催化整体式电极的制备方法，以泡沫金属为导电基底，采用电沉积方法制备活性镀层，制备所得的整体式催化电极应用于碱性、中性电解水析氢反应中，具有较高的催化活性，并且该催化剂在大电流情况下可以保证长时间的高活性，具有良好的稳定性。
6.本发明采用的技术手段如下：
7.一种电解水材料，所述电解水材料以导电多孔泡沫金属为基底，基底表面沉积有
合金催化材料；所述合金催化材料为非晶态多元过渡金属合金。合金催化材料通过电沉积(电镀)方法生长于导电多孔泡沫金属基底表面，与导电基底以化学键合形式结合，具有较强附着力和稳定性。整体式电解水材料在导电基底上以自支撑形式生长，无需添加粘合剂。
8.进一步地，泡沫金属为泡沫铜、泡沫镍、泡沫钛或泡沫合金中的至少一种，泡沫金属的孔径为50～700ppi，厚度为1～20mm；非晶态合金为钴基、镍基、钼基或铁基合金。
9.进一步地，非晶态合金为非晶态镍钴合金、非晶态镍铁合金、非晶态镍钼合金、非晶态钴铁合金、非晶态钴钼合金、非晶态钼铁合金、非晶态镍铁磷合金、非晶体镍铁硫合金、非晶态镍铁氮合金、非晶态镍钴硫合金、非晶态镍钴磷合金、非晶体镍钴氮合金、非晶态镍钼磷合金、非晶态镍钼硫合金、非晶态镍钼氮合金、非晶体钴铁磷合金、非晶态钴铁硫合金、非晶态钴铁氮合金、非晶态钴钼磷合金、非晶态钴钼硫合金、非晶态钴钼氮合金、非晶态钼铁磷合金、非晶态钼铁硫合金、非晶态钼铁氮合金中的一种或多种。
10.本发明还提供了一种上述电解水材料的制备方法，包括以下步骤：
11.(1)选取不同参数的多孔泡沫金属为电极基底材料；将泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中分别超声10～30min，随后置于真空干燥箱中于50～70℃下干燥1～12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
12.(2)将电镀液前驱体溶解于溶剂中，超声分散30～90min，得到电镀液；所述溶剂为乙醇、水、二甲基亚砜或酒石酸中的一种或几种；
13.(3)将表面洁净的基底材料置于电镀液中，进行电沉积(电镀)；
14.(4)将电沉积后所得材料置于超纯水中超声10～30min洗涤，随后在50～70℃下真空干燥1～12h，密封保存。
15.进一步地，步骤(1)中，稀盐酸浓度为1～5mol
·
l-1
；超纯水电阻为18.2mω
·
cm。
16.进一步地，步骤(2)中，电镀液前驱体为硫酸钴、氯化钴、醋酸钴、硫酸镍、硫酸铜、氯化镍、硫酸铁、钼酸钠、钼酸铵、柠檬酸钠、硫酸钠、硫酸钾、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、次磷酸二氢钠、氨水、氢氧化钠或稀硫酸中的至少一种；所述电镀液前驱体总摩尔浓度为0.01～20mol
·
l-1
。
17.进一步地，步骤(3)中，电镀系统为二电极体系或三电极体系；所述二电极体系中，工作阴极为泡沫金属基底，对电极包括碳板、金属镍、金属铜或金属钛中的一种；所述三电极体系中，工作阴极为泡沫金属基底，对电极包括碳板、金属镍、金属铜或金属钛中的一种，参比电极包括饱和甘汞、汞-氧化铬或银-氯化银电极中的一种；
18.电镀为恒电流电镀、恒电流脉冲电镀、恒电位电镀或恒电位脉冲电镀中的一种；电镀施加电流密度为0.001～5a
·
cm-2
；电镀施加电压为0.001～10v；电镀温度为25～100℃；电镀时间为0～720min；
19.采用恒电流脉冲电镀或恒电位脉冲电镀时，时间占空比为1:1～1:500(秒)，循环周期500-1000个；
20.电镀过程中对电镀液进行磁力搅拌，搅拌速度为100～1200rpm。
21.本发明还提供了一种上述电解水材料作为整体式活性催化电极在碱性、中性电解水阴极析氢反应中的应用。所述电解水材料为非贵金属材料，具有多元非晶态结构，可作为整体式电极应用于碱、中性电解水阴极析氢催化反应，并在大电流密度情况下仍然保持较高的活性和稳定性。
22.进一步地，碱性析氢电解质为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或碳酸钠溶液中的一种或几种；中性析氢电解质为纯水溶液、硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液或硫酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲溶液中的一种或几种。
23.进一步地，整体式活性催化电极适用于ph≥7的电解液体系；电解水析氢电流密度为0.001～10a
·
cm-2
，优选电流密度为0.001～5a
·
cm-2
。
24.有益效果
25.1、本发明利用非晶态多元合金独特协同效应，调节优化电解水析氢过程中的催化活性，应用于电解水制氢设备，极高提高了电解效率，节约制氢过程中的电力成本。
26.2、本发明所提供的整体式催化电极以导电泡沫金属为基底，具有优异的导电性和较大的比表面积等优点，有利于反应中的电子传到和传质过程。
27.3、本发明所提供的整体式电极无需外加粘结剂，通过电镀方法活性材料与基地间由牢固的化学键结合，极大的提高了催化剂在基底上的稳固性，导电性。
28.4、本发明所提供的整体式催化电极，可适用于碱性、中性的广泛ph电解液体系，可有效避免强碱对制氢设备的腐蚀，降低电解水制氢过程中的操作难度与设备维护成本。
29.5、本发明中催化材料不使用贵金属元素，生产成本较低，且操作简单，前驱体来源广泛，可实现宏量制备，易于放大生产。
附图说明
30.图1为本发明实施例1样品的扫描电子显微镜图像(sem)；
31.图2为本发明实施例1采用的泡沫镍基底扫描电子显微镜图像(sem)；
32.图3为本发明实施例1样品的电子衍射分析图(saed)；
33.图4为本发明实施例1样品在碱性、中性电解液中的析氢活性分析图。
具体实施方式
34.下面通过实施例对本技术电解水材料制备过程做一详细的说明，以下实施例中所用原料均为可以通过市购获得的常规产品。
35.实施例1
36.泡沫镍负载三元非晶态钴钼磷合金整体式催化电极的制备：
37.1、一定大小泡沫镍(4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中分别超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
38.2、3mmol硫酸钠，1ml氨水，2mmol硫酸钴，5mmol钼酸钠、3mmol硫酸钾、3mmol磷酸二氢钠溶解于50ml水中，制备成电镀液；
39.3、将步骤(2)所得电镀液转移纸电镀槽中，并用生料带、树脂胶对步骤(1)所得基底进行封装，暴露面积2*2cm后连接恒流稳压电源，进行二电极体系电镀，对电极为碳板；施加电流密度10ma
·
cm-2
，电镀液搅拌塑料1200rpm，电镀时间1min；
40.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存。
41.将制备电极进行扫描电子显微镜分析(图1)，相比于平滑的泡沫镍基底(图2)，观
察到粗糙镀层；进行电子透射显微镜电子衍射分析(图3)，为光晕状衍射花样，说明其非晶态合金结构；对其进行碱性、中性条件下析氢催化活性表征(图4)，表现出极高的析氢效率。
42.实施例2
43.泡沫镍负载三元非晶态钴钼磷合金整体式催化电极的制备：
44.1、一定大小泡沫镍(4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中分别超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
45.2、3mmol硫酸钠，1ml氨水，2mmol硫酸钴，5mmol钼酸钠、3mmol硫酸钾、3mmol磷酸二氢钠溶解于50ml水中，制备成电镀液；
46.3、将步骤(2)所得电镀液转移纸电镀槽中，并用生料带、树脂胶对步骤(1)所得基底进行封装，暴露面积2*2cm后连接恒流稳压电源，进行三电极体系电镀，对电极为钛板，参比电极为银-氯化银电极；施加电压3v，电镀液搅拌塑料1200rpm，电镀时间1min；
47.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存，密封保存。
48.实施例3
49.泡沫铜负载三元非晶态钴钼磷合金整体式催化电极的制备：
50.1、一定大小泡沫铜(4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中分别超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
51.2、3mmol硫酸钠，1ml氨水，2mmol硫酸钴，5mmol钼酸钠、3mmol硫酸钾、3mmol磷酸二氢钠溶解于50ml水中，制备成电镀液；
52.3、将步骤(2)所得电镀液转移纸电镀槽中，并用生料带、树脂胶对步骤(1)所得基底进行封装，暴露面积2*2cm后连接恒流稳压电源，进行三电极体系电镀，对电极为钛板，参比电极为银-氯化银电极；施加电压3v，电镀液搅拌塑料1200rpm，电镀时间1min；
53.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存，密封保存。
54.实施例4
55.泡沫镍铁负载三元非晶态钴钼铁合金整体式催化电极的制备：
56.1、一定大小泡沫镍铁4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中分别超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
57.2、3mmol硫酸钠、1ml稀硫酸、2mmol硫酸钴，5mmol钼酸钠、3mmol硫酸钾、3mmol硫酸铁于50ml水中，制备成电镀液；
58.3、将步骤(2)所得电镀液转移纸电镀槽中，并用生料带、树脂胶对步骤(1)所得基底进行封装，暴露面积2*2cm后连接恒流稳压电源，进行三电极体系电镀，对电极为钛板，参比电极为银-氯化银电极；施加电压3v，电镀液搅拌塑料1200rpm，电镀时间1min；
59.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存，密封保存。
60.实施例5
61.泡沫钛负载三元非晶态钴钼磷合金整体式催化电极的制备：
62.1、一定大小泡沫钛(4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
63.2、3mmol硫酸钠，1ml氨水，2mmol硫酸钴，5mmol钼酸钠、3mmol硫酸钾、3mmol磷酸二氢钠溶解于50ml水中，制备成电镀液；
64.3、将步骤(2)所得电镀液转移纸电镀槽中，并用生料带、树脂胶对步骤(1)所得基底进行封装，暴露面积2*2cm后连接恒流稳压电源，进行二电极体系电镀，对电极为碳板；施加脉冲电流密度10ma
·
cm-2
，占空比1s/2s，循环周期1000个，电镀液搅拌塑料1200rpm；
65.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存，密封保存。
66.实施例6
67.泡沫铜锌负载三元非晶态钴钼磷合金整体式催化电极的制备：
68.1、一定大小泡沫铜锌(4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
69.2、3mmol硫酸钠，1ml氨水，2mmol硫酸钴，5mmol钼酸钠、3mmol硫酸钾、3mmol磷酸二氢钠溶解于50ml水中，制备成电镀液；
70.3、将步骤(2)所得电镀液转移纸电镀槽中，并用生料带、树脂胶对步骤(1)所得基底进行封装，暴露面积2*2cm后连接恒流稳压电源，进行三电极体系电镀，对电极为钛板，参比电极为银-氯化银电极；施加脉冲电压3v，占空比2s/4s，循环周期500个，电镀液搅拌塑料1200rpm；
71.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存，密封保存。
72.对比例1
73.泡沫镍负载二元非晶态钴磷合金整体式催化电极的制备：
74.1、一定大小泡沫镍(4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
75.2、3mmol硫酸钠，1ml氨水，2mmol硫酸钴，3mmol硫酸钾、3mmol磷酸二氢钠溶解于50ml水中，制备成电镀液；
76.3、将步骤(2)所得电镀液转移纸电镀槽中，并用生料带、树脂胶对步骤(1)所得基底进行封装，暴露面积2*2cm后连接恒流稳压电源，进行二电极体系电镀，对电极为碳板；施加电流密度10ma
·
cm-2
，电镀液搅拌塑料1200rpm，电镀时间1min；
77.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存，密封保存。
78.对比例2
79.烧结法制备泡沫镍负载二元非晶态钴磷合金整体式催化电极的制备：
80.1、一定大小泡沫镍(4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、
丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
81.2、3mmol硫酸钴，1mmol氟化铵，3mol尿素溶于50ml水中，置于水热釜中，120℃反应6小时，得到泡沫镍负载氢氧化铬前驱体整体式电极。
82.3、将步骤(2)所得电极转移纸管式炉中，通已h2(5％)/ar(95％)混合气体，并在气流入口处放置2g次磷酸二氢钠作为磷源，于350℃反应2h后退火。
83.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存，密封保存。
84.5、对比例2采用烧结法制备的整体式电极，机械强度低，无法完成整体式电极电化学评测。
85.对比例3
86.泡沫镍负载三元非晶态钴钼磷合金整体式催化电极的制备：
87.1、一定大小泡沫镍(4*2cm，120ppi，1mm)，将导电泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中分别超声10min，随后置于真空干燥箱中于70℃下干燥12h，得到表面洁净的基底材料，密封保存；
88.2、3mmol硫酸钠，1ml氨水，2mmol硫酸钴，5mmol钼酸钠、3mmol硫酸钾、3mmol磷酸二氢钠溶解于50ml水中，制备成电镀液；
89.3、将步骤(2)所得电镀液转移纸电镀槽中，并用生料带、树脂胶对步骤(1)所得基底进行封装，暴露面积2*2cm后连接恒流稳压电源，进行二电极体系电镀，对电极为碳板；施加电流密度5.1a
·
cm-2
，电镀液搅拌塑料1200rpm，电镀时间1min；
90.4、将步骤(3)所得整体式电极转移至超纯水中超声洗涤10min洗涤，随后置于真空干燥箱中于60℃下干燥1h，密封保存，密封保存。
91.5、对比例3在大电流密度下制备的电极，催化层过厚，附着力不足，在电化学评测时大量脱落，影响其稳定性。
92.应用例1
93.采用实施例1～6与对比例1～3中的所得到催化电极进行碱性条件下电化学析氢活性评价。
94.1、采用标准三电极电化学线性伏安扫描法进行分析，参比电极为汞-氧化汞电极，对电极为碳片，电解液为1m koh溶液，工作电极为所制备整体式催化电极，有效暴露面积1*1cm；
95.2、测试温度：25℃；
96.3、其析氢活性顺序如下(表1)：
97.镍基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例1)》镍基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例2)＝铜基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例3)》钛基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例5)》铜锌基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例6)》镍铁基底非晶态钴钼铁合金整体式电极(实施例4)》镍基底非晶态钴磷合金整体式电极(对比例1)；
98.本发明可以通过调整电镀液前驱体组分、电镀工艺，从而调控催化活性，且三元非晶态合金整体式电极的催化活性总体优于二元组分催化电极。
99.应用例2
100.采用实施例1～6与对比例1～3中的所得到催化电极进行中性条件下电化学析氢活性评价。
101.1、采用标准三电极电化学线性伏安扫描法进行分析，参比电极为汞-氧化汞电极，对电极为碳片，电解液为1m磷酸二氢钠-磷酸氢二钠缓冲液，工作电极为所制备整体式催化电极，有效暴露面积1*1cm；
102.2、测试温度：25℃；
103.3、其析氢活性顺序如下(表1)：
104.镍基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例1)》镍基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例2)＝铜基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例3)》钛基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例5)》铜锌基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(实施例6)》镍铁基底非晶态钴钼铁合金整体式电极(实施例4)》镍基底非晶态钴钼磷合金整体式电极(对比例1)；
105.本发明可以通过调整电镀液前驱体组分、电镀工艺，从而调控催化活性，且三元非晶态合金整体式电极的催化活性总体优于二元组分催化电极。
106.表1碱性下催化剂活性评价结果
[0107][0108]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种电解水材料，其特征在于，所述电解水材料以泡沫金属为导电基底，所述导电基底表面沉积有合金催化材料；所述合金催化材料为非晶态合金。2.根据权利要求1所述的电解水材料，其特征在于，所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫镍、泡沫钛或泡沫合金中的至少一种，泡沫金属的孔径为50～700ppi，厚度为1～20mm；所述非晶态合金为钴基、镍基、钼基或铁基合金。3.根据权利要求2所述的电解水材料，其特征在于，所述非晶态合金为非晶态镍钴合金、非晶态镍铁合金、非晶态镍钼合金、非晶态钴铁合金、非晶态钴钼合金、非晶态钼铁合金、非晶态镍铁磷合金、非晶体镍铁硫合金、非晶态镍铁氮合金、非晶态镍钴硫合金、非晶态镍钴磷合金、非晶体镍钴氮合金、非晶态镍钼磷合金、非晶态镍钼硫合金、非晶态镍钼氮合金、非晶体钴铁磷合金、非晶态钴铁硫合金、非晶态钴铁氮合金、非晶态钴钼磷合金、非晶态钴钼硫合金、非晶态钴钼氮合金、非晶态钼铁磷合金、非晶态钼铁硫合金、非晶态钼铁氮合金中的一种或多种。4.一种权利要求1-3所述电解水材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将泡沫金属基底依次置于超纯水、丙酮、超纯水、稀盐酸、超纯水、无水乙醇、超纯水中分别超声10～30min，随后于50～70℃下真空干燥1～12h，得到表面洁净的基底材料；(2)将电镀液前驱体溶解于溶剂中，超声分散30～90min，得到电镀液；所述溶剂为乙醇、水、二甲基亚砜或酒石酸中的一种或几种；(3)将表面洁净的基底材料置于电镀液中，在电镀系统中进行电镀；(4)将电镀后所得材料置于超纯水中超声10～30min洗涤，随后在50～70℃下真空干燥1～12h，密封保存。5.根据权利要求4所述制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，稀盐酸浓度为1～5mol
·
l-1
；超纯水电阻为18.2mω
·
cm。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，电镀液前驱体为硫酸钴、氯化钴、醋酸钴、硫酸镍、硫酸铜、氯化镍、硫酸铁、钼酸钠、钼酸铵、柠檬酸钠、硫酸钠、硫酸钾、磷酸钠、磷酸二氢钠、磷酸氢二钠、次磷酸二氢钠、氨水、氢氧化钠或稀硫酸中的至少一种；所述电镀液前驱体总摩尔浓度为0.01～20mol
·
l-1
。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，电镀系统为二电极体系或三电极体系；所述二电极体系中，工作阴极为泡沫金属基底，对电极包括碳板、金属镍、金属铜或金属钛中的一种；所述三电极体系中，工作阴极为泡沫金属基底，对电极包括碳板、金属镍、金属铜或金属钛中的一种，参比电极包括饱和甘汞、汞-氧化铬或银-氯化银电极中的一种；所述电镀为恒电流电镀、恒电流脉冲电镀、恒电位电镀或恒电位脉冲电镀中的一种；电镀施加电流密度为0.001～5a
·
cm-2
；电镀施加电压为0.001～10v；电镀温度为25～100℃；电镀时间为0～720min；采用恒电流脉冲电镀或恒电位脉冲电镀时，时间占空比为1:1～1:500(秒)，循环周期500-1000个；电镀过程中对电镀液进行磁力搅拌，搅拌速度为100～1200rpm。8.一种权利要求1-3所述电解水材料作为整体式活性催化电极在碱性、中性电解水阴极析氢反应中的应用。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，碱性析氢电解质为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或碳酸钠溶液中的一种或几种；中性析氢电解质为纯水溶液、硫酸钠溶液、硫酸钾溶液、磷酸氢二钠-磷酸二氢钠缓冲溶液或硫酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲溶液中的一种或几种。10.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，电解水阴极析氢反应中电流密度为0.001～10a
·
cm-2
，优选电流密度为0.001～5a
·
cm-2
。

技术总结
本发明提供一种非晶态合金电解水电极催化材料，通过选取导电性优良的泡沫金属作为基底，在其表面制备一层多元非晶态合金材料，通过多种元素之间的协同效应，极大的提高了析氢电极的催化性能。同时，通过电沉积原位生长方法，改善了催化材料与基底材料的结合问题。制备的整体式催化电极实现了高效的水解析氢催化，并在大电流密度的工况下仍然保持极高的活性和稳定性，具有很好的工业应用前景和商业价值。解决了目前电解水析氢催化剂成本高昂、活性不足、导电性差、以及在大电流密度下稳定性差等问题。差等问题。


技术研发人员：邓德会 薄鑫 刘艳廷 贾柔娜
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：2020.11.20
技术公布日：2022/5/25