技术背景
电解水制氢技术，因其原理简单、所得氢气纯度高、生产过程清洁无污染、可利用可再生能源弃电等优点，受到了广泛的研究与应用关注。催化剂是电解水制氢技术的关键，其性能直接决定了用电成本与生产效率。
铂等贵金属和氧化铱、氧化钌等贵金属氧化物都电解水产氢性能优异，但是贵金属资源稀缺、成本高，无法广泛应用。将贵金属催化剂负载于一定的载体上，开发负载型催化剂，在兼顾性能的前提下降低贵金属用量，能够有效降低催化剂成本。但是，受限于传统载体材料的微观结构和导电性等方面的性质，现有负载型贵金属催化剂仍需要较高(质量分数10～20％)的贵金属载量才能保持高催化活性。
技术方案
提供一种电催化材料及其制备方法和应用，该电催化材料的活性组分负载量较小但仍具有较优的催化性能，可有效降低电催化剂成本。
所述电催化 材料包括导电载体和负载于所述导电载体上的活性组分，所述导电载体具有类蜂窝状的多孔结构。多孔结构中孔道的孔径为50nm-5μm，平均深度为0.5-20μm，孔壁厚度为0.5-50nm；优选地，所述孔道的孔径为500nm-2μm，平均深度为2-10μm，孔壁厚度为1-25nm；所述孔径与所述孔壁厚度之比大于10，所述孔道的平均深度与所述孔径之比为1-10；优选地，所述孔径与所述孔壁厚度之比为20-200，所述孔道的平均深度与所述孔径之比为2-6。
活性组分的含量为1重量％以下；所述活性组分含有金属，所述金属包括贵金属和/或非贵金属，所述金属选自铂、铱、钌、铑、钯、镍、铁、钴、钼、钨和锰中的一种或几种。
导电载体的导电率大于300S/m，所述导电载体的表面具有1-3％的缺陷位；优选地，所述导电载体包括碳材料、碳化钨、碳化铬、碳化钽、碳化钛、氮化钛、硼化钛、铜、镍和铁中的一种或几种。
电催化材料为颗粒状，所述电催化材料的一次粒径为5-500μm，比表面积为400-900m2/g。
制备方法：
S1、采用选自碱金属化学法、醇碱溶剂热法和氧化石墨烯法中的一种或几种方法制备具有类蜂窝状的多孔结构的导电载体；
S2、使所述导电载体与含有活性组分的盐的溶液接触，将固体取出后进行第一干燥和第一焙烧，得到所述电催化材料；
该方法还包括：
S3、在惰性气氛中，将含有活性金属离子的离子交换树脂在高温下进行第二焙烧，其中，所述活性金属离子为所述活性组分中金属的离子。
可选地，所述碱金属化学法包括如下步骤：将碱金属在0.1-1MPa的CO或CO2气氛中、500-700℃下进行第三焙烧0.5-48h；
所述醇碱溶剂热法包括如下步骤：在耐热密闭容器内，使醇与碱在180-220℃下接触反应12-48小时，将得到的反应产物在惰性气氛中、800-1100℃下进行第四焙烧0.5-5h；
所述氧化石墨烯法包括如下步骤：使氧化石墨烯在250-1000℃进行第五焙烧0.5-12h；或者，在红外激光照射下，使所述氧化石墨烯进行还原反应1-30min。
可选地，所述碱金属包括锂、钠、钾、铷、铯和镁中的一种或几种；
所述醇包括甲醇、乙醇、异丙醇和乙二醇中的一种或几种；
所述碱包括氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂和氢氧化镁中的一种或几种；
所述惰性气氛中含有氩气、氮气和氦气中的一种或几种。
效果：
技术背景
水电解氢气中含有微量氧和大量水汽，为了获得高纯度的氢气，需要对水电解氢气进行纯化处理。
中国专利CN1920100A公开了一种连续纯化水电解氢气的装置，该装置包括3座干燥塔，每座干燥塔内均设有电加热棒，用于在对干燥塔内的干燥剂进行再生时加热营造高温环境；每座干燥塔外均分别连接一个再生冷却器，用于对干燥剂再生过程中产生的高温再生尾气进行冷却。
上述装置中具有较多的电加热棒和冷却器，且没有对高温再生尾气的余热进行充分利用，因此存在制造成本较高且能源浪费的问题。
技术方案
本申请提供一种氢气纯化系统，用于对待纯化氢气进行纯化形成提纯氢气，所述氢气纯化系统包括：
依次连通的脱氧模块、干燥模块和再生循环模块，所述干燥模块包括并联连接的第一干燥器、第二干燥器和第三干燥器；所述再生循环模块包括具有第一气体通道和第二气体通道的第一气气换热器；
所述氢气纯化系统还包括：
第一限气模块，用于供所述待纯化氢气依次流经所述脱氧模块和所述第一干燥器形成纯化通道，获得所述提纯氢气；
第二限气模块，用于供部分所述提纯氢气依次流经第一气气换热器的所 述第一气体通道、所述第二干燥器、所述第一气气换热器的第二气体通道和所述第三干燥器，形成再生通道，获得回收氢气。
纯化氢气的方法包括：
S01.使所述待纯化氢气进入所述脱氧模块中进行脱氧处理，得到脱氧后氢气；
S02.使所述脱氧后氢气进入所述第一干燥器中进行干燥处理，得到所述提纯氢气；
S03.将所述提纯氢气分出一部分作为低温再生氢气进入所述第一气气换热器的第一气体通道中进行换热处理，得到高温再生氢气；
S04.停止向所述第二干燥器中通入所述脱氧后氢气，并使所述高温再生氢气进入所述第二干燥器中，对所述第二干燥器中的待生分子筛干燥剂进行吹干再生，得到高温再生尾气；
S05.使所述高温再生尾气进入所述第一气气换热器的所述第二气体通道中，与所述第一气体通道中的所述低温再生氢气进行换热处理，得到低温再生尾气；
S06.使所述低温再生尾气进入所述第三干燥器中进行干燥处理，得到回收氢气；
S07.使所述回收氢气与所述提纯氢气合并。
技术背景
光电解水制氢技术可利用光能降低电解水制氢能耗，可在不消耗额外电能情况下将光能直接转化为氢化学能。光电解水装置一般包含一个或两个光电极，光电极承担两个核心功能：一是吸收太阳光产生光生电荷(包括光生电子和空穴)；二是利用产生的光生电子和空穴分别催化还原和氧化反应的进行。因此，光电极通常包含光响应组分和反应催化组分。光吸收效率(ηabs )、光生载流子的分离传输效率(ηcharge )和电催化效率(即法拉第效率，ηF )共同决定了光电极的能量转化效率(solar-to-hydrogen efficiency，ηSTH )(ηSTH ＝ηabs ×ηcharge ×ηF )，而其中光生载流子的有效利用率是限制当前光电极能量转化 效率的关键因素。
现有技术与研究中，由光伏结构结合电催化材料构成的光电极能量转化效率较高(当前最高效率为19％)，但是现有该类光电极中，光伏结构与催化剂之间由于功函数失配问题导致了一定电荷传输势垒的形成，造成传输电压损失，使得光电极整体的能量转化效率低于其理论值。
技术方案
提供一种光电极，所述光电极包括按照层叠方向依次叠置且接触的催化剂层、调节层和电子传输层；其中，所述催化剂层含有还原性催化剂
光吸收层1选用典型的GaAs基叠层光伏材料，总输出电压为2.8-2.9V，依次包含1500nm的p型渐进掺杂的GaInAs过渡层、3500nm左右的GaInAs层、30nm的GaInAs-GaInP叠层过渡层、2000nm左右的GaInP层、20nm的AlInP窗口层和10nm的AlInPOx 钝化层；其中，GaInAs为空穴传输端，连接空穴传输层4，GaInP为电子传输端，连接电子传输层；
光吸收层1生长于350μm的GaAs基底(构成空穴传输层4)上；
电极5为不透明金属电极，方法为采用电子束蒸发法于空穴传输层4表面依次沉积70nm Pd、70nm Ti和200nm Au，而后于400℃下、氮气氛围中快速煅烧60s；在金属沉积前，需先对GaAs基底背面进行去表面氧化层处理，即依次经丙酮、异丙醇、10％NH4 OH和去氧水中润洗；
电子传输层2包含厚30nm的TiO2 ，通过原子沉积法合成，该TiO2 独立存在时的表面功函数(～4.5eV)与AlInP-AlInPOx 层功函数十分接近，同时TiO2 能够对光吸收层起到抗腐蚀和减反射的作用；
调节层8的材料选用LiF，厚度为0.6nm，采用真空溅射法沉积于TiO2 层表面，LiF对TiO2 表面的覆盖度为98％，即调节层8的投影面积占电子传输层2的投影面积的98％；
催化剂层3采用Pt-Ru合金纳米颗粒，Pt-Ru合金独立存在时的表面功函数为5.2eV，颗粒粒径为2-5nm，采用真空快速溅射或化学沉积法负载于调节层8表面，沉积量密度为60-70mg/m2 ，约等同于0.3nm厚的金属层；
光电极的使用方法：
将制备的光电极(作为光阴极)通过铜导线与沉积有RuO2 的Ti片(作为光阳极)相连，分别放入电解槽的阴极槽和阳极槽中，阴极槽与阳极槽之间含一层Nafion隔膜；电解槽除光阴极侧石英玻璃透光外，其余部分为黑色以防止光照对其他部分的影响 。
技术背景
碱性电解水制氢技术因其制造成本低，结构框架成熟，电堆寿命长等优势得到广泛应用。在电解水制氢过程中，电解槽温度是一个非常重要的工艺参数，温度过高不仅会使电解出的气体所带走的电解液量增加，同时也会加快设备的腐蚀，降低设备寿命，而温度过低则会影响电解液的循环速度，电流大小也不易增大，导致产气量降低，消耗电能增加。为使电解槽的温度保持在一定范围内(85℃～90℃)，一般需要增加循环冷却水进行冷却，通过控制冷却水的流量来实现电解槽中电解液温度的保持。
然而，制氢设备会存在计划性停机或临时停机等情况，停机的设备中，电解槽温度会逐渐下降，下次再启动时必须先进行热机使得电解槽温度达到允许范围后才能开始工作，一般热机时间在20-30分钟左右，造成电能的增加和时间的浪费。而制氢设备运行中所产生的热量又被冷却水带走，导致热能的浪费。
技术方案
提供一种制氢设备和制氢设备的电解槽温度控制方法，以解决停机的制氢设备中电解槽温度下降的技术问题。
技术背景
过渡金属化合物——氮化钨(WN)是一种经济实用的催化材料，表现出类似于Pt的表面性质、吸附特性和催化活性，可替代传统贵金属催化剂用于高效加氢脱硫和加氢脱氮等反应。WN主要有立方相(即β相)和六方相(即δ相)两种晶相。其中，β相WN(β-WN)较为易得但其产氢性能有限；δ相WN(δ-WN)在宽pH范围(酸性和碱性)电解环境中具有优异的产氢性能，但现有氮化钨均采用高温高压条件制备(如专利US9624604B2与论文Inorg.Chem.2017,56,7,3970–3975中所述)，所得氮化钨多为粉体颗粒或薄膜材料。该类材料较难直接作为制氢电极材料，需与导电材料进一步结合作为产氢电极材料，但由于催化剂与导电材料结合力有限，氮化钨的产氢效率受损且电极材料整体稳定性欠佳。
技术方案
提供一种δ相氮化钨电极材料及其制备方法和应用，本 公开的δ相氮化钨电极材料可以作为酸性或碱性电解液产氢电极或电极材料，催化剂与导电材料结合紧密，具有优良的产氢性能和稳定性，本公开的δ相氮化钨电极材料的制备方法工艺条件温和、耗能较低。
制备方法：
S1、将4.1g的二水钨酸钠溶于去离子水中并剧烈搅拌30min，接着将3mol/L的盐酸逐滴缓慢加入钨酸钠溶液，直到pH值为1.2，得到黄色透明的第一溶液；
S2、将3.1g的草酸加入到第一溶液中，得到钨酸前驱体；
S3、取40mL的钨酸前驱体，加入2g硫酸铵作为封端剂，而后将该溶液转移至提前放置有φ3mm×50mm的表面具有孔缝结构的石墨棒(表面孔缝占 比约为30％，孔缝结构的开口尺寸为50-200μm，深度为孔缝宽度的3-10倍)的、以聚四氟乙烯为内衬的水热釜中，在180℃下进行水热反应16小时。水热釜自然冷却后，将长有深蓝色氧化钨(WO3 )的石墨棒(WO3 /GR)取出，用乙醇和水分别润洗5-7次，置于80℃烘箱中干燥，得到含有氧化钨的导电基底，导电基底的孔缝结构中生长有氧化钨；
S4、将含有氧化钨的导电基底置于管式炉中，用氮气去除管内空气后，通入50mL/min的氨气，以6℃/min升温至1000℃并在该温度下保持120min，冷却后即可得以三维石墨棒为基底的δ相氮化钨电极材料，δ相氮化钨层的厚度为1-5μm。δ相氮化钨电极材料的XRD谱图见图1，扫描电镜照片见图2。
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