[发明专利]一种网状镍铜磷非晶合金电极材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种网状镍铜磷非晶合金电极材料及其制备方法。

背景技术

直接甲醇燃料电池(DMFCs)是一种直接将甲醇的化学能转化为电能的装置，催化剂对甲醇的催化氧化是DMFCs的关键所在，其对DMFCs的性能和成本有着很重要的意义。因此寻找一种高效、稳定、价格低廉的阳极催化剂成为DMFCs催化剂研究的主要目标。镍是一种蕴藏量较大的非贵金属，并且对醇类有着较高的电催化活性，近十几年来镍电极对甲醇的电氧化催化探究一直是一个热点。

把镍和非金属元素(B、P)结合发现制备的镍基合金呈非晶态结构，后经研究发现这种非晶态合金的表面原子缺电子、配位不饱和，结构上呈短程有序，长程无序，并且这种非晶态合金有着较好的抗腐蚀及其较高的催化活性。因此，近些年，越来越多人将制备出的镍基非晶态合金应用醇类阳极催化剂中。但是为了提高催化剂的比表面积，这些镍基非晶态合金催化剂基本上是以颗粒形式负载于基体，其缺点在于镍基催化剂颗粒与基体的结合会随着催化过程的进行而降低，进而减弱了该催化剂的稳定性和寿命。

目前纳米多孔金属的制备一般采用强酸、强碱等方法将二元或多元合中的活泼组分腐蚀掉。酸蚀或者碱蚀的反应条件较为苛刻，腐蚀的深度不易调控，对环境危害大，限制了其应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种具有三维纳米多孔双连续结构的网状镍铜磷非晶合金电极材料及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种网状镍铜磷非晶合金电极材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将低碳钢片点焊在铜导线上制成电极基体，预处理后置于镍铜磷镀液中10-20min进行化学镀，得到镍铜磷非晶合金镀层，其中镍铜磷镀液的组成是：pH缓冲剂CH₃COONa、络合剂C₆H₅O₇Na₃·H₂O、还原剂NaH₂PO₂·H₂O和NiSO₄+CuSO₄溶液，其中Ni²⁺+Cu²⁺与络合剂的摩尔比为1-3:1，与还原剂的摩尔比为1.5-4:1；

(2)将得到的表面覆盖镍铜磷非晶合金镀层的电极清洗后置于Ni²⁺+Cu²⁺电解液中，以此为工作电极，以饱和甘汞为参比电极，铂片为对电极，采用线性电位扫描腐蚀法，室温下进行缓慢正扫，得到具有三维纳米多孔双连续结构的网状镍铜磷非晶合金电极材料。

优选的，步骤1中，所述镀液中镍盐和铜盐的浓度分别为15-35g·L^-1和2-8g·L^-1。

优选的，步骤1中，所述化学镀是在75-90℃水浴条件下进行。

优选的，所述化学镀是在83℃水浴条件下进行，时间是15min。

优选的，线性电位扫描腐蚀的电解液是0.005-0.015M CuSO₄+0.8-1.2M NiSO₄+0.3-0.7M H₃BO₃。

优选的，线性电位扫描腐蚀的扫描速率为0.35-0.75mV·s^-1，扫描从0.05V开始，终止电位在0.15V。

优选的，所述预处理步骤是将低碳钢片用砂纸打磨并用纯水洗净，之后放置于酸洗液中10-40s，再用纯水冲洗。

优选的，所述网状镍铜磷非晶合金电极材料呈三维双连续结构，其孔洞和骨架相互相交错，孔径为70-120nm，骨架壁厚为50-90nm。

优选的，所述电极材料适于用作直接甲醇燃料电池的阳极材料。

本发明的有益效果是：采用线性电位扫描腐蚀方法溶解镍铜磷合金镀层中的部分铜，通过改变线性电位扫描速率和扫描终止电位来控制镍铜磷合金的微观形貌。所制备的电极材料表面呈三维纳米多孔双连续结构，并且表面合金呈非晶态结构。纵横交错的三维纳米多孔双连续结构使得电极材料结构稳定，所制备的电极材料比表面积大，对甲醇氧化具有高度的电化学活性。本发明电极材料制备方法简单、环保，材料结构稳定，对甲醇氧化表现出良好的催化活性，因此可在直接甲醇燃料电池中得到应用。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明；但本发明的一种网状镍铜磷非晶合金电极材料及其制备方法不局限于实施例。