一種具有分級結構的氫氧化鎳/鎳/石墨烯複合析氫電極的製備方法與流程
2023-06-02 12:47:57
本發明屬於電解制氫技術領域，特別涉及一種析氫電極的製備方法。
技術背景
現如今，能源的發展及環境問題已經受到全世界、全人類的共同關注，特別是在煤炭、石油以及其他眾多不可再生資源匱乏的今天。化石能源製品的消耗，帶來了嚴重的環境汙染和溫室效應，人們近期關注的pm2.5也主要來自日常發電、工業生產、汽車尾氣排放等過程，這也是化石能源帶來的一些環境問題。面對能源需求量日益增加和能源儲量日益枯竭的矛盾，尋找可替代的清潔能源迫在眉睫。
氫能被稱為21世紀最潔淨的能源，具有清潔、高效、可再生等特點，被視作替代化石能源最理想的新型能源。電解水製備氫氣操作相對簡單，技術相對成熟，產品純度高，電解過程中無汙染，無碳排放。而電解水工業存在能耗較高的問題，造成電能消耗大的主要原因是電解電極的析氫過電位過高，因此研究能夠有效降低陰極析氫過電位的新型材料成為了各國科研工作者競相研究的熱門課題。
傳統的低析氫過電位的電極材料主要有pt、pd等貴金屬，這些貴金屬在地球上儲量稀少，價格昂貴，無法實現大規模的推廣。鎳基電極因其具有製備簡單、成本低廉、催化析氫性能優異以及良好的穩定性等優點而被廣泛的用作鹼性介質電解水析氫陰極材料來降低析氫過電位，減少能耗，例如ni-s、ni-mo、ni-p、ni-co等鎳基合金電極和ni/moox、ni/ceo2等鎳基複合電極。但是，鎳基電極和pt等貴金屬的析氫性能還是有很大距離，所以製備得到一種高效析氫的鎳基催化劑迫在眉睫。
技術實現要素：
本發明的目的在於研究出一種能夠大幅度增加複合電極的比表面積、增強鍍層與基底的結合能力、在鹼性環境下性能穩定、具有高效催化析氫性能的ni(oh)2/ni/rgo(其中rgo表示還原性氧化石墨烯)複合析氫電極的製備方法。
本發明的析氫電極具有三級結構即一級結構為泡沫鎳基底，二級結構為石墨烯片材負載納米鎳顆粒，三級結構為ni(oh)2納米薄片的ni(oh)2/ni/rgo複合鍍層。
本發明的製備方法如下：
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
水熱法製備ni(oh)2納米薄片，氫氧根源為尿素、氯化銨、氟化銨中的一種。用電子天平稱取0.1-3.0g尿素/氯化銨/氟化銨溶於50ml去離子水中(尿素/氯化銨/氟化銨濃度為2-60mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在一定合成條件下，即水熱反應的溫度為100-180℃，水熱反應時間為1-12h。然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
本發明與現有技術相比具有如下優點：
(1)採用過渡金屬氫氧化物和過渡金屬各自電解水和催化析氫的特點，製備出一種「過渡金屬氫氧化物-過渡金屬」類型的新型催化劑，能有效降低析氫的過電位；
(2)採用水熱法在鎳顆粒的基礎上原位生長ni(oh)2納米片，不需要添加鎳源，因此ni(oh)2納米片具有良好的穩定性；
(3)採用石墨烯作為載體來製備鎳基石墨烯複合析氫電極，利用石墨烯表面積大的特點，能有效防止金屬團聚現象，製備得到的鎳基複合電極具有較高的催化析氫活性；
(4)採用具有優良的導電性和耐腐蝕性的三維多孔的泡沫鎳作為基底，不但可以增強鍍層與基底的結合能力，在鹼性環境下性能穩定；而且大大增加了複合電極的比表面積，保證電解液和氣體能夠暢通無阻的穿過；
(5)採用超重力電沉積能夠有效促進電沉積過程中因析氫副反應產生的氣泡脫離陰極表面，抑制氣體對鍍層的影響；超重力場對傳質過程的強化作用顯著提高了陰極的碳含量從而使複合電極的微觀組織發生顯著變化，析氫性能得到明顯的提高。
附圖說明
圖1是本發明實施例1、實施例2製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極和ni/rgo複合電極的lsv極化曲線圖；
圖2是本發明實施例1製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極的xrd圖；
圖3是本發明所使用的泡沫鎳基底的sem圖；
圖4是本發明超重力電沉積法製備的ni/rgo複合電極的sem圖；
圖5是本發明實施例1製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極的sem圖；
圖6是本發明實施例2製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極的sem圖；
圖7是本發明實施例3、實施例4、實施例5和實施例6製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極的lsv極化曲線圖；
圖8是本發明實施例7和實施例8製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極的lsv極化曲線圖。
具體實施方式
實施例1
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，其中n＝2500rpm，r＝10cm，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
用電子天平稱取0.1g尿素溶於50ml去離子水中(尿素濃度為2.0mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在140℃的合成溫度下，水熱反應5h，然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
ni(oh)2/ni/rgo複合電極催化析氫性能測試：
採用電化學工作站，在三電極體系中對製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極進行電化學性能測試。工作電極為ni(oh)2/ni/rgo複合電極(1cm2)，輔助電極為鉑片，參比電極為hg/hgo/(1mnaoh)電極。以1mnaoh溶液作為電解液，測試lsv極化曲線。結果如圖1所示，由lsv極化曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni(oh)2/ni/rgo複合電極析氫反應的過電位為189mv；作為對照，圖1也給出了ni/rgo複合電極的lsv極化曲線，由曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni/rgo複合電極的析氫過電位是196mv，稍大於具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極，說明運用本發明製備的材料改善了電極的催化析氫性能。探究其原因應該是新生長的ni(oh)2納米片和金屬ni之間的協同作用。圖2是實施例1樣品的xrd圖譜，金屬ni的峰較為強烈，相比較而言，ni(oh)2的特徵衍射峰很薄弱，在圖2中的插圖中可以看出ni(oh)2的特徵衍射峰。圖3是本發明所使用的泡沫鎳基底的sem圖，泡沫鎳作為一級結構，為複合電極提供了三維多孔的骨架結構；圖4是本發明超重力電沉積法製備的ni/rgo複合電極的sem圖，從圖中可以觀察到，石墨烯呈現波浪疊層狀，金屬ni顆粒均勻地分布於石墨烯表面，此結構為複合電極的二級結構；圖5是本發明實施例1製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極的sem圖，從圖中可以看出在ni/rgo複合電極表面垂直生長出一層毛茸茸的ni(oh)2納米薄片，這是ni/rgo複合電極中的金屬ni顆粒作為鎳源，和尿素反應的結果，新生成的ni(oh)2薄片作為複合電極的三級結構。
實施例2
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，其中n＝2500rpm，r＝10cm，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
用電子天平稱取1.5g尿素溶於50ml去離子水中(尿素濃度為30mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在140℃的合成溫度下，水熱反應5h，然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
ni(oh)2/ni/rgo複合電極催化析氫性能測試：
採用電化學工作站，在三電極體系中對製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極進行電化學性能測試。工作電極為ni(oh)2/ni/rgo複合電極(1cm2)，輔助電極為鉑片，參比電極為hg/hgo/(1mnaoh)電極。以1mnaoh溶液作為電解液，測試lsv極化曲線。結果如圖1所示，由lsv極化曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni(oh)2/ni/rgo複合電極析氫反應的過電位為175mv；和ni/rgo複合電極以及實施例1相比，析氫過電位大大減小。圖6是實施例2樣品的sem形貌圖，可以看出ni顆粒表面稀鬆地分布著ni(oh)2納米片，與圖5相比較，ni(oh)2納米片的減少大大地暴露了金屬ni顆粒，這樣能夠更加充分地利用過渡金屬氫氧化物和過渡金屬各自的催化析氫特點，更好的促進複合電極的析氫反應。探究其原因應該是實施例2中尿素的濃度增加，而尿素在高溫下會分解為氨氣和氰酸，過量的氰酸會和ni(oh)2納米片反應，所以實施例2中ni(oh)2納米片的量大大減少。
實施例3
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，其中n＝2500rpm，r＝10cm，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
用電子天平稱取0.5g尿素溶於50ml去離子水中(尿素濃度為10mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在100℃的合成溫度下，水熱反應5h，然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
ni(oh)2/ni/rgo複合電極催化析氫性能測試：
採用電化學工作站，在三電極體系中對製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極進行電化學性能測試。工作電極為ni(oh)2/ni/rgo複合電極(1cm2)，輔助電極為鉑片，參比電極為hg/hgo/(1mnaoh)電極。以1mnaoh溶液作為電解液，測試lsv極化曲線。結果如圖7所示，由lsv極化曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni(oh)2/ni/rgo複合電極析氫反應的過電位為183mv。
實施例4
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，其中n＝2500rpm，r＝10cm，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
用電子天平稱取0.5g尿素溶於50ml去離子水中(尿素濃度為10mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在160℃的合成溫度下，水熱反應5h，然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
ni(oh)2/ni/rgo複合電極催化析氫性能測試：
採用電化學工作站，在三電極體系中對製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極進行電化學性能測試。工作電極為ni(oh)2/ni/rgo複合電極(1cm2)，輔助電極為鉑片，參比電極為hg/hgo/(1mnaoh)電極。以1mnaoh溶液作為電解液，測試lsv極化曲線。結果如圖7所示，由lsv極化曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni(oh)2/ni/rgo複合電極析氫反應的過電位為163mv。
實施例5
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，其中n＝2500rpm，r＝10cm，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
用電子天平稱取3.0g尿素溶於50ml去離子水中(尿素濃度為60mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在160℃的合成溫度下，水熱反應5h，然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
ni(oh)2/ni/rgo複合電極催化析氫性能測試：
採用電化學工作站，在三電極體系中對製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極進行電化學性能測試。工作電極為ni(oh)2/ni/rgo複合電極(1cm2)，輔助電極為鉑片，參比電極為hg/hgo/(1mnaoh)電極。以1mnaoh溶液作為電解液，測試lsv極化曲線。結果如圖7所示，由lsv極化曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni(oh)2/ni/rgo複合電極析氫反應的過電位為200mv。析氫過電位增大，說明過大的尿素濃度不但對複合電極沒有積極作用，反而減小複合電極的電催化活性。
實施例6
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，其中n＝2500rpm，r＝10cm，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
用電子天平稱取0.5g尿素溶於50ml去離子水中(尿素濃度為10mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在180℃的合成溫度下，水熱反應5h，然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
ni(oh)2/ni/rgo複合電極催化析氫性能測試：
採用電化學工作站，在三電極體系中對製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極進行電化學性能測試。工作電極為ni(oh)2/ni/rgo複合電極(1cm2)，輔助電極為鉑片，參比電極為hg/hgo/(1mnaoh)電極。以1mnaoh溶液作為電解液，測試lsv極化曲線。結果如圖7所示，由lsv極化曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni(oh)2/ni/rgo複合電極析氫反應的過電位為171mv。
實施例7
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，其中n＝2500rpm，r＝10cm，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
用電子天平稱取1.5g氯化銨溶於50ml去離子水中(氯化銨濃度為30mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在140℃的合成溫度下，水熱反應2h，然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
ni(oh)2/ni/rgo複合電極催化析氫性能測試：
採用電化學工作站，在三電極體系中對製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極進行電化學性能測試。工作電極為ni(oh)2/ni/rgo複合電極(1cm2)，輔助電極為鉑片，參比電極為hg/hgo/(1mnaoh)電極。以1mnaoh溶液作為電解液，測試lsv極化曲線。結果如圖8所示，由lsv極化曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni(oh)2/ni/rgo複合電極析氫反應的過電位為195mv。
實施例8
(1)泡沫鎳基底的預處理
電沉積之前，將泡沫鎳基底浸入盛有去離子水的燒杯中，超聲處理5min；再將泡沫鎳放入3mhcl溶液中酸化處理30s，然後用去離子水清洗至中性，吹乾備用。
(2)超重力電沉積製備ni/rgo複合電極
以蒸餾水作為溶劑，每立升鍍液含氨基磺酸鎳350g、氯化鎳10g、氯化銨30g和氧化石墨烯1.0g，所述鍍液ph值為3.8，將複合鍍液在150w的超聲功率下處理2h，得到均一的、墨綠色的混合溶液。超重力電沉積過程在圓筒形反應器中進行，將步驟(1)處理好的基底固定在圓筒形反應器內壁上作為電沉積陰極，位於圓筒形反應器中心軸的純鎳管作為電沉積陽極，鍍液用耐蝕泵在圓筒形反應器和外部的儲液槽之間進行循環，超重力場強度g為350g(g為重力加速度)，其與圓筒形反應器的內半徑r及其轉速n有如下關係式g＝n2π2r/900，其中n＝2500rpm，r＝10cm，超重力場方向垂直於陰極表面，電沉積溫度為45℃，電沉積電流密度為3a·dm-2，電沉積時間為60min。製備得到的ni/rgo複合鍍層用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h。
(3)水熱法製備ni(oh)2/ni/rgo複合電極
用電子天平稱取1.5g氟化銨溶於50ml去離子水中(氟化銨濃度為30mg·ml-1)，在室溫下磁力攪拌10min，形成均勻溶液，然後轉移到100ml的聚四氟乙烯內膽中，並將步驟(2)製備的ni/rgo複合鍍層豎直放置於溶液中，密封於6mpa的不鏽鋼高壓反應釜中；在140℃的合成溫度下，水熱反應12h，然後冷卻取出樣品；最後將樣品用去離子水洗滌，在80℃下乾燥1h，得到具有分級結構的ni(oh)2/ni/rgo複合電極。
ni(oh)2/ni/rgo複合電極催化析氫性能測試：
採用電化學工作站，在三電極體系中對製備的ni(oh)2/ni/rgo複合電極進行電化學性能測試。工作電極為ni(oh)2/ni/rgo複合電極(1cm2)，輔助電極為鉑片，參比電極為hg/hgo/(1mnaoh)電極。以1mnaoh溶液作為電解液，測試lsv極化曲線。結果如圖8所示，由lsv極化曲線得到：當電流密度為100ma·cm-2時，ni(oh)2/ni/rgo複合電極析氫反應的過電位為224mv。析氫過電位增大，說明過長的反應時間不但對複合電極沒有積極作用，反而減小複合電極的電催化活性。