[发明专利]一种镍基金属有机骨架薄膜的交流电镀方法

说明书

本发明提供的一种镍基金属有机骨架薄膜的交流电镀方法，属于新材料合成领域，具体为先对镍金属基底进行表面处理，然后将其作为电解池的负极，碳棒电极作为正极，在电镀液中进行交流电镀，最终获得具有微米级晶粒的高致密性Ni‑MOF膜，其Ni金属离子来源于Ni金属基底本身并且最终电镀回基底表面，电镀生长过程对电解液的污染极小，并且相较于传统制备MOF膜的方法，制得的MOF薄膜更加致密、膜层与基底之间的结合力更强、不易脱落，在气体吸附及储存、尾气净化、精细化工催化等方向有着灵活且广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于新材料合成领域，具体涉及一种镍基金属有机骨架薄膜的交流电镀方法。

背景技术

金属有机骨架化合物(Metal organic Framework，MOF)作为一种新颖的纳米孔结晶材料，由金属离子或团簇以配位键的形式连接多种多样的有机配体构成。MOF材料具有孔径范围大、孔径结构及尺寸可控、吸附能力高和热稳定性好的优点，在气体储存、催化、磁学等方面有着广泛的应用前景。由于高质量的薄膜材料是电子、光学、催化等器件的基础，因此由MOF晶体形成的高质量薄膜材料引起了人们的广泛关注。在过去的几年中，对于金属有机骨架薄膜(MOF膜)的研究屡见报道，并在许多领域得到了显著的收获，包括小分子分离、化学传感器、光学传感器、膜催化反应器等。

在刚性基底上制备良好结晶度的大晶粒尺寸的MOF膜在气体吸附和净化领域有着广泛的应用前景，目前在金属刚性基底上制备MOF膜主要采用的是水热法沉积和直流电镀两种方法，其中水热法由于MOF和基底之间只形成物理吸附而粘附性较差在恶劣的应用场景中会出现MOF膜剥离脱落的情况，直流电镀的方法虽然可以通过电化学方法得到粘附性较高的MOF膜，但由于制备工艺的限制其致密性和结晶性都较差，使其气体吸附和过滤性能难以达到应用需求。

发明内容

本发明针对上述问题，提出了一种镍基金属有机骨架薄膜的交流电镀方法，通过控制交流电的波形、频率、通断比、平均电流和电镀时间，使沉积得到的MOF膜具有较高的致密性和较大的晶粒尺寸。

本发明的技术方案如下：

一种镍基金属有机骨架薄膜的交流电镀方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：镍金属基底的表面处理：先将镍金属基底放置在200～300℃的马弗炉中热处理10min，升温速度10～20℃/min，再将热处理后的镍金属基底浸泡在0.5M的盐酸溶液中30min，取出镍金属基底后，先后使用超纯水和酒精清洗表面残留的盐酸溶液，隔绝空气保存；

步骤2：配置电镀液：配置无水乙醇与水的体积比为(3～7)：7的乙醇溶液，加入对苯二甲酸和焦磷酸钾，溶解后得到混合溶液，然后用0.01M的氢氧化钠溶液滴定混合溶液至pH＝11，得到电镀液；其中，混合溶液中对苯二甲酸的浓度为3.32mg/mL，焦磷酸钾的浓度为1.4mg/mL；

步骤3：交流电镀：将步骤1所得镍金属基底装夹在电解池的负极，采用碳棒电极作为正极，将负极和正极浸入步骤2所得电镀液中进行交流电镀，交流电镀的波形为脉冲方波或脉冲三角波，平均电流设置为0.1～5mA，电流幅值设定为平均电流的10～50％，通断比设定为0.5～1，交流电镀时间不超过5h，频率F设定为f-100≤F≤f+100，其中f为由电化学阻抗谱测试测得的电解池谐振峰值频率；

步骤4：取出步骤3电镀后的镍金属基底，依次用超纯水和酒精清洗表面残留的电镀液，真空烘干后得到镍基金属有机骨架薄膜(Ni-MOF膜)。

进一步地，步骤1所述镍金属基底为泡沫镍或镍金属板。

进一步地，步骤3所述交流电镀的过程保持电解池密封以减少电镀液挥发。