CN101509085B - 泡沫镍钼钴三元合金材料的制备方法 - Google Patents

Abstract

一种泡沫镍钼钴三元合金材料的制造方法。以聚氨酯泡沫为模板，经过化学镀镍或浸涂导电胶使聚氨酯泡沫模板表面导电化，再电沉积镍钼钴三元合金，最后在热解炉中去除聚氨酯泡沫模板，在氢气氛炉中还原处理后制成。本发明制备的泡沫镍钼钴三元合金材料呈三维网状结构，通孔率高，比表面积大，耐腐蚀性好，是一种性能优良的电解析氢电极材料。

Description

泡沫镍钼钴三元合金材料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种镍钼钴三元合金泡沫材料的制备方法，尤其涉及一种高催化活性的电解析氢电极材料的制备方法。

背景技术

泡沫金属材料由于具有质量轻、强度高、比表面积大等优良性能，在最近十几年来得到了迅速发展，特别是泡沫镍材料作为高能电池的极板材料，可使活性物质得到充分的利用，因而在化学电源工业中的应用获得了极大的成功。近几年来泡沫镍作为催化剂载体和电解电极以及在其他方面的应用也受到了越来越多的关注，但是由于金属镍的析氢过电位较大，即使泡沫镍具有很大的比表面积，也很难进一步提高析氢活性和降低电解电压，并且在间歇电解条件下，由于断电引起的反向电流的影响，泡沫镍电极上氢的电解析出反应活性退化很快，因此需要发展一种比表面积大、析氢活性高、在间歇电解条件下活性不退化、能抗反向电流影响的电解析氢电极材料。镍、钼、钴都属过渡金属，具有特殊的d电子结构，形成合金时表现出使析氢过电位进一步降低的协同效应；钼可细化合金晶粒，提高耐腐蚀性；因此，镍钼钴三元合金泡沫材料具有比表面积大，耐腐蚀性好，析氢活性高的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种泡沫镍钼钴三元合金材料的制备方法，这种镍钼钴三元合金的泡沫材料呈三维网状结构，通孔率高，比表面积大，耐腐蚀性好，能抗反向电流影响，是一种性能优良的析氢电极材料，也可以在一些腐蚀性的介质中用作化学反应器或催化剂载体。

本发明以聚氨酯泡沫为模板，经化学镀镍或浸涂导电胶使聚氨酯泡沫模板表面导电化，然后在表面导电化后的模板上直接电沉积镍钼钴三元合金，电沉积后在热解炉中去除聚氨酯泡沫模板，在氢气氛炉中还原处理后制成镍钼钴三元合金泡沫材料。

所述聚氨酯泡沫模板化学镀镍表面导电化，应先经过碱性除油、酸性粗化和亲水化处理、胶体钯活化等传统工艺处理后实施化学镀镍。所述化学镀镍工艺是低温弱碱性化学镀镍工艺，溶液组成为：NiSO₄·6H₂O(35-40g/L)、NaH₂PO₂·H₂O(10-12g/L)、C₆H₁₅NO₃(100-120ml/L)、Na₃PO₄·12H₂O(70g/L)、Na₃C₆H₅O₇(16g/L)、稳定剂(少量)，PH 9-10，温度40-45℃，时间15-25分钟。

所述聚氨酯泡沫模板浸涂导电胶表面导电化，应先经过碱性除油和亲水化处理，再进行浸胶，然后挤胶压匀和干燥固化处理。导电胶是超细导电介质粉末分散在纯水中所形成的悬浮乳液，固含量10-15％，导电介质可以是石墨、炭黑或乙炔黑，平均粒径≤3微米。

所述在表面导电化后的聚氨酯泡沫模板上直接电沉积镍钼钴三元合金是在低温弱碱性溶液中进行的，电沉积的工艺参数如下：

硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)：30-60g/L

硫酸钴(CoSO₄·6H₂O)：20-40g/L

钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)：8-20g/L

柠檬酸三钠(Na₃C₆H₅O₇·2H₂O)：140-160g/L

添加剂：1g/L

PH值：8-9

温度：40-50℃

其中硫酸盐(硫酸镍、硫酸钴)也可以用相应的氯化物代替，钠盐(钼酸钠、柠檬酸三钠)也可以用相应的铵盐代替。

所述电沉积镍钼钴三元合金后在热解炉中去除聚氨酯泡沫模板，热解温度500-700℃，时间3-6分钟，在氢气氛炉中还原处理，温度900-1100℃，时间30-50分钟。

具体实施方式

用以下实施案例对本发明的具体实施方式进行详细说明。

实施例1：

将厚2mm的聚氨酯泡沫经碱性除油、酸性粗化和亲水化处理、胶体钯活化等传统工艺处理后实施化学镀镍使表面导电化。

所述化学镀镍溶液含NiSO₄·6H₂O 40g/L、NaH₂PO₂·H₂O 12g/L、C₆H₁₅NO₃ 120ml/L、Na₃C₆H₅O₇16g/L、稳定剂2mg/L，PH值10，温度40℃，化学镀15分钟。

化学镀镍后进行电沉积镍钼钴三元合金，所述电沉镍钼钴三元合金的工艺参数如下：

硫酸镍(NiSO₄·6H₂O)：60g/L

氯化钴(CoCl₂·6H₂O)：36g/L

钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)：20g/L

柠檬酸三钠(Na₃C₆H₅O₇·2H₂O)：160g/L

添加剂：1g/L

PH值：8.5

温度：45℃

镍片和钴片作联合阳极，阴极电流密度50mA/cm²，电沉积40分钟。

电沉积后洗净，压缩空气吹干，在热解炉中去除聚氨酯泡沫模板，温度500℃，时间5分钟，在氢气氛炉中还原，温度900℃，时间50分钟。

实施例2：

除电沉积镍钼钴三元合金工艺外，其余工艺和实施例1相同。

所述电沉镍钼钴三元合金的工艺参数如下：

氯化镍(NiSO₄·6H₂O)：30g/L

硫酸钴(CoCl₂·6H₂O)：20g/L

钼酸钠(Na₂MoO₄·2H₂O)：8g/L

柠檬酸三钠(Na₃C₆H₅O₇·2H₂O)：140g/L

添加剂：1g/L

PH值：8.5

温度：45℃

镍片和钴片作联合阳极，阴极电流密度40mA/cm²，电沉积60分钟。

实施例3：

除表面导电化工艺和热处理工艺外，其余工艺和实施例1相同。

表面导电化工艺采用浸涂导电胶的方法，所述浸涂导电胶表面导电化工艺，应先将聚氨酯泡沫模板经过碱性除油和亲水化处理等传统工艺处理后，再进行浸胶。导电胶是石墨导电悬浮乳液，固含量15％，平均粒径≤3微米。浸胶后进行挤胶压匀处理，以去除多余的导电胶，防止发生堵孔现象。挤胶压匀后进行干燥和固化处理。固化条件为：80℃，3小时。

导电胶固化后即可进行电沉积镍钼钴三元合金，电沉积后经洗净和压缩空气吹干，即可进行热处理。

所述热处理工艺是在热解炉中去除聚氨酯泡沫模板，温度700℃，时间3分钟，在氢气氛炉中还原，温度1100℃，时间30分钟。

Claims (5)

1.一种泡沫镍钼钴三元合金材料的制备方法，其特征在于首先将聚氨酯泡沫表面导电化，所述的聚氨酯泡沫表面导电化的方法为化学镀镍法或浸涂导电胶法中的一种，然后以表面导电化的聚氨酯泡沫为模板，在聚氨酯泡沫模板上直接电沉积镍钼钴三元合金，将电沉积后的材料在热解炉中去除聚氨酯泡沫模板，在氢气氛炉中还原处理后制成具有三维网状结构的泡沫镍钼钴三元合金材料。

2.根据权利要求1所述的泡沫镍钼钴三元合金材料的制备方法，其特征在于所述的聚氨酯泡沫表面导电化的化学镀镍法是采用低温弱碱性化学镀镍工艺，化学镀镍的溶液组成为：NiSO₄·6H₂O 35-40g/L、NaH₂PO₂·H₂O 10-12g/L、C₆H₁₅NO₃ 100-120ml/L、Na₃PO₄·12H₂O 70g/L、Na₃C₆H₅O₇ 16g/L、稳定剂2mg/L，pH值9-10，温度40-45℃，时间15-25分钟。

3.根据权利要求1所述的泡沫镍钼钴三元合金材料的制备方法，其特征在于所述的聚氨酯泡沫表面导电化的浸涂导电胶法中的导电胶是超细导电介质粉末分散在纯水中所形成的悬浮乳液，固含量为10-15％，导电介质为石墨、炭黑或乙炔黑中的一种，平均粒径≤3微米。

4.根据权利要求1所述的泡沫镍钼钴三元合金材料的制备方法，其特征是将表面导电化后的聚氨酯泡沫模板在低温弱碱性溶液中直接电沉积镍钼钴三元合金，电沉积的工艺参数如下：

镍盐：30-60g/L

钴盐：20-40g/L

钼酸盐：8-20g/L

柠檬酸盐：140-160g/L

添加剂：1g/L

pH值：8-9

温度：40-50℃

其中镍盐为NiSO₄·6H₂O或NiCl₂·6H₂O中的一种；钴盐为CoSO₄·6H₂O或CoCl₂·6H₂O中的一种；钼酸盐为Na₂MoO₄·2H₂O或(NH₄)₂MoO₄·2H₂O中的一种，柠檬酸盐为Na₃C₆H₅O₇·2H₂O或(NH₄)₃C₆H₅O₇·2H₂O中的一种。

5.根据权利要求1所述的泡沫镍钼钴三元合金材料的制备方法，其特征是电沉积镍钼钴三元合金后的热解处理温度为500-700℃，时间为3-5分钟，氢气还原处理温度为900-1100℃，时间为30-50分钟。