CN108239774A - 一种镍基析氢电极材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料及其制备方法。该镍基析氢电极材料的表面活性涂覆层的原子含量百分比组成为：Mo 10～20％，Co 0.8～1.8％，其余为Ni，其中，钼与钴的原子含量比为8～12。其制备方法包括以下步骤：(1)制备PS微球；(2)对PS微球进行表面改性；(3)采用电沉积法制备PS/Ni复合材料；(4)热处理去除PS模板制备泡沫镍；(5)利用稀酸溶液对泡沫镍进行酸刻蚀；(6)配制活性涂覆液；(7)泡沫镍表面覆盖Ni‑Mo‑Co活性涂层；(8)后处理得到Ni‑Mo‑Co泡沫析氢电极。本发明的镍基析氢电极材料的析氢过电位仅45～75mV；电极通电持续时间为200～350h，完全满足析氢电极对高活性、高耐腐蚀性的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料及其制备方法，属于有色金属加工领域。
背景技术
在现有世界能源格局中，煤炭、石油、天然气传统能源仍占有相当大比例，但伴随着传统化石燃料能源储产比逐年降低以及化石燃料能源消费所带来环境污染问题的日益加剧，各种新能源或可再生能源的开发利用已备受世界各国的高度关注。在各种新能源和可再生能源中，氢气被视为最为理想的能源载体。它不仅能够作为燃料提供较高燃烧热，不产生环境污染，而且还可以通过化学能向电能转变方式为燃料电池提供动力保证，因此，氢能源被认为在未来的能源格局构成中将扮演重要角色。
工业化大规模、廉价地生产氢是开发和利用氢能的首要环节，目前已发展的制氢方法有很多，例如：生物制氢、化石燃料制氢、电解水制氢、太阳能制氢等。在各种制氢技术中，利用新能源和可再生能源所产生的富余能转变为氢能的方式被认为是最具有发展潜力的技术，其中电解水制氢具有产品纯度高、工业化成熟、无污染等优点，且其原材料海水也是人类取之不绝用之不尽的“氢矿”，因此，电解水制氢技术被认为是未来通向“氢经济”的最佳途径。
在目前电解水制氢生产工艺技术中，离子膜法以工艺简单、污染小、能耗相对较低而成为制氢生产工艺的主流技术，但目前在工业中广泛使用的镍网基贵金属氧化物析氢电极的阴极过电位较高，耐腐蚀性能较差，因此如何进一步开发出具有高催化活性，高耐腐蚀性能的镍基析氢电极已成为电解水生产企业的首要问题，而且更为重要的是性能优异的析氢电极能够直接有效的降低电解水过程中的能耗，为氢能源的开发和利用提供更为有利的技术支持。
发明内容
本发明的主要目的在于弥补现有镍网基贵金属氧化物析氢电极的不足，开发出一种高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料。
本发明的另一目的在于提供一种所述高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种镍基析氢电极材料，其表面活性涂覆层的原子含量百分比组成为：Mo 10～20％，Co 0.8～1.8％，其余为Ni，其中，钼与钴的原子含量比为8～12。
在该镍基析氢电极材料中，所添加合金元素的作用如下：
钼：在高电流密度电解条件下，Mo元素有溶出效应，进而能够在合金中形成多孔结构，因此能够增加电极的表面积；另一方面由于镍和钼形成合金后，由于两种元素之间的协同效应，能够有利于对活性氢的吸脱附；而Ni-Mo合金的协同效应可以解释为：Mo元素的电子结构为4d5s1，其d轨道为半充满的状态，而Ni元素的电子结构为3d84s2，其有未成对的d层电子，二者合金化以后形成具有较强的Ni-Mo化学键，而形成的化学键有利于活性氢吸脱附的电子结合状态，因此使之具有较高的催化活性。
钴：Mo元素在高电流密度电解条件下，具有溶出效应，而Co元素的添加能够有效地抑制Mo的溶出，保持电极的稳定性。另一方面由于镍和钴形成合金后，能够有效地改变金属镍原子外层d电子所处的结构状态，因此会间接的改善镍基合金电极与活性氢原子之间的键合能力，有利于活性氢吸脱附的电子结合状态，因此Co的添加也有利于提高电极的催化活性。
所述镍基析氢电极材料的制备方法包括以下步骤：(1)制备PS(聚苯乙烯)微球；(2)对PS微球进行表面改性；(3)采用电沉积法制备PS/Ni复合材料；(4)热处理去除PS模板制备泡沫镍；(5)利用稀酸溶液对泡沫镍进行酸刻蚀；(6)配制活性涂覆液；(7)泡沫镍表面覆盖Ni-Mo-Co活性涂层；(8)后处理得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
在步骤(1)中，PS微球的制备方法采用无皂乳液聚合法，首先在70mL去离子水和45mL乙醇中加入0.085g过硫酸钾(KPS)作为引发剂，之后加入减压蒸馏过的苯乙烯单体5mL，在70～150℃油浴中通氮气并搅拌6～20h，得到PS微球乳化液，经离心干燥得到PS微球粉末。
在步骤(2)中，以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，将PS微球加入CTAB的水溶液中，其中CTAB与PS微球浓度比1∶3～1∶9，将此混合液利用高速剪切机进行分散而得到表面改性的PS微球悬浮液。
在步骤(3)中，电镀采用10mm×20mm的铜箔(纯度99.9％，厚度35μm)为阴极基材，先将铜箔放置于丙酮溶液中浸泡24h，而后放置于水溶液中进行超声波清洗，将清洗干净的基材进行电化学抛光，最后将抛光后的基材用去离子水清洗干净，用氮气吹干后备用。阳极为大面积的铂丝。电镀液配制：将1M硫酸镍、0.5M氯化镍以及0.2M硼酸逐次溶解，得到镀镍瓦特浴电镀液。将表面改性的PS微球悬浮液加入至瓦特浴电镀液中，采用恒电流电沉积法制备PS/Ni复合材料。
在步骤(4)中，对所得到的PS/Ni复合材料通过热处理的方式移除PS模板，热处理在惰性气体(Ar气)保护的管式炉中进行，热处理条件从室温升温至500℃，升温速率为5℃/min，而后在500℃下保温1～7h，即得到泡沫镍。
在步骤(5)中，先将泡沫镍置于丙酮或热碱溶液中除油；对除油后的高表面积泡沫镍用纯净水清洗干净；将清洗干净的高表面积泡沫镍置于稀酸溶液中酸刻蚀；对酸刻蚀后的高表面积泡沫镍再次用纯净水清洗干净；置入烘箱中烘干备用。
在步骤(6)中，活性涂覆液的配制：将30g NiSO4·7H2O，25～55g Na2MoO4·2H2O，70g Na3C6H5O7·H2O和1～5g CoSO4·6H2O逐次溶解于1L水中，并用磁力搅拌均匀。
在步骤(7)中，量取1L活性涂敷液置于烧杯中，然后裁剪1cm×2cm前处理后的泡沫镍，在超声振荡作用下，将泡沫镍置于活性涂敷液的烧杯中，缓慢提拉出来，将涂覆有活性涂敷液的泡沫镍置于烘箱中80℃烘烤20min，如此进行3次反复涂抹烘烤。
在步骤(8)中，将烘烤干燥后的涂覆有Ni-Mo-Co活性涂层的泡沫镍置于马弗炉中500℃条件下焙烧1h，升温速率10℃/min。经自然降温至室温，即得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
本发明的优点在于：
本发明通过增大电极的实际表面积以及对泡沫析氢电极表面Ni-Mo-Co活性涂层进行成分设计和优化，获得一种高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料。另外，为了保证电极同时具有高催化活性和优良的耐腐蚀性能，本发明开发出了一种适用于上述镍基析氢电极材料的制备方法，经加工热处理后的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极材料在80℃、30％NaOH水溶液中电解，当电流密度为150mA/cm2时，该电极析氢过电位仅45～75mV。此外，该Ni-Mo-Co泡沫析氢电极材料在80℃、30％NaOH水溶液中电解，当持续通150mA/cm2恒电流200～350h后，该电极结构才由于Mo元素的析出而逐渐破坏，这些都完全满足析氢电极对保护覆盖层材料的使用要求。
下面通过具体实施方式对本发明做进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
具体实施方式
本发明的高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料，它含有如下原子含量百分数的化学成分：Mo 10～20％，Co 0.8～1.8％，其余为Ni，其中，所述镍基析氢电极中的成分的原子含量比满足：8≤Mo/Co≤12。
上述高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料的制备方法包括以下工艺步骤：(1)制备PS微球；(2)对PS微球进行表面改性；(3)采用电沉积法制备PS/Ni复合材料；(4)热处理去除PS模板制备泡沫镍；(5)利用稀酸溶液对泡沫镍进行酸刻蚀；(6)配制活性涂覆液；(7)泡沫镍表面覆盖Ni-Mo-Co活性涂层；(8)后处理得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。其中，具体的操作顺序为：在去离子水和乙醇中加入过硫酸钾(KPS)作为引发剂，之后加入苯乙烯单体，在70～150℃油浴中通氮气并搅拌6～20h，经离心干燥得到PS微球粉末；将PS微球加入CTAB的水溶液中，得到表面改性的PS微球悬浮液，其中CTAB与PS微球浓度比1∶3～1∶9；将表面改性的PS微球悬浮液加入至瓦特浴镀液中，采用恒电流垂直电沉积法制备PS/Ni复合材料。对所得到的PS/Ni复合材料通过热处理的方式移除PS模板，热处理条件为：从室温升温至500℃，升温速率为5℃/min，而后在500℃下保温1～7h，即得到泡沫镍。对所制备的泡沫镍进行除油、清洗、酸刻蚀、清洗、烘干处理。将处理好的泡沫镍置于装有活性涂敷液的烧杯中，提拉制备出表面涂敷有活性涂敷液的泡沫镍，活性涂覆液中的Na2MoO4·2H2O和CoSO4·6H2O的含量分别为25～55g/L和1～5g/L。将涂覆有活性涂敷液的泡沫镍置于烘箱烘烤20min，如此进行3次反复涂抹烘烤。最后将烘烤干燥后的涂覆有Ni-Mo-Co活性涂层的泡沫镍置于马弗炉中500℃条件下焙烧1h，升温速率10℃/min，经自然降温至室温，即得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
实施例1
本发明的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极表面活性涂层成分见表2。
1、PS微球的制备：首先在70mL去离子水和45mL乙醇中加入0.085g过硫酸钾(KPS)作为引发剂，之后加入减压蒸馏过的苯乙烯单体5mL，在70℃油浴中通氮气并搅拌6h，得到PS微球乳化液，经离心干燥得到PS微球粉末。
2、PS微球表面改性：以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，将PS微球加入CTAB的水溶液中，其中CTAB与PS微球浓度比为1∶3，将此混合液利用高速剪切机进行分散而得到表面改性的PS微球悬浮液。
3、PS/Ni复合材料制备：电镀采用10mm×20mm的铜箔为基材，先将铜箔放置丙酮溶液中浸泡24h，而后放置水溶液中进行超声波清洗，将清洗干净的基材进行电化学抛光(电化学抛光液组成及工艺条件见表1)，最后将抛光后的基材用去离子水清洗干净，用氮气吹干后备用。阳极为大面积的铂丝。电镀液配制：将硫酸镍、氯化镍、硼酸依次溶解得到1M硫酸镍、0.5M氯化镍以及0.2M硼酸的镀镍瓦特浴电镀液。将表面改性的PS微球悬浮液加入至瓦特浴镀液中，采用恒电流垂直电沉积法制备PS/Ni复合材料。
4、泡沫镍制备：对所得到的PS/Ni复合材料通过热处理的方式移除PS模板，热处理在惰性气体保护的管式炉中进行，热处理条件从室温升温至500℃，升温速率为5℃/min，而后在500℃下保温1h，即得到泡沫镍。
5、泡沫镍的前处理：先将泡沫镍置于丙酮或热碱溶液中除油；对除油后的高表面积泡沫镍用纯净水清洗干净；将清洗干净的高表面积泡沫镍置于稀酸溶液中酸刻蚀；对酸刻蚀后的高表面积泡沫镍再次用纯净水清洗干净；置入烘箱中烘干备用。
6、活性涂覆液的配制：将30g NiSO4·7H2O、25g Na2MoO4·2H2O、70g Na3C6H5O7·H2O和1g CoSO4·6H2O逐次溶解于1L水中，并用磁力搅拌均匀。
7、泡沫镍表面覆盖Ni-Mo-Co活性涂层：量取1L活性涂敷液置于烧杯中，然后，裁剪1cm×2cm前处理后的泡沫镍，在超声振荡作用下，将泡沫镍置于活性涂敷液的烧杯中，缓慢提拉出来，将涂覆有活性涂敷液的泡沫镍置于烘箱中80℃烘烤20min，如此进行3次反复涂抹烘烤。
8、后处理：最后将烘烤干燥后的涂覆有Ni-Mo-Co活性涂层的泡沫镍置于马弗炉中500℃条件下焙烧1h，升温速率10℃/min。经自然降温至室温，即得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
经过以上步骤所制备得到的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极的性能见表3。
实施例2
本发明的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极表面活性涂层成分见表2。
1、PS微球的制备：首先在70mL去离子水和45mL乙醇中加入0.085g过硫酸钾(KPS)作为引发剂，之后加入减压蒸馏过的苯乙烯单体5mL，在150℃油浴中通氮气并搅拌20h，得到PS微球乳化液，经离心干燥得到PS微球粉末。
2、PS微球表面改性：以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，将PS微球加入CTAB的水溶液中，其中CTAB与PS微球浓度比1∶3，将此混合液利用高速剪切机进行分散而得到表面改性的PS微球悬浮液。
3、PS/Ni复合材料制备：电镀采用10mm×20mm的铜箔为基材，先将铜箔放置丙酮溶液中浸泡24h，而后放置水溶液中进行超声波清洗，将清洗干净的基材进行电化学抛光(电化学抛光液组成及工艺条件见表1)，最后将抛光后的基材用去离子水清洗干净，用氮气吹干后备用。阳极为大面积的铂丝。电镀液配制：将硫酸镍、氯化镍、硼酸依次溶解得到1M硫酸镍、0.5M氯化镍以及0.2M硼酸的镀镍瓦特浴电镀液。将表面改性的PS微球悬浮液加入至瓦特浴镀液中，采用恒电流垂直电沉积法制备PS/Ni复合材料。
4、泡沫镍制备：对所得到的PS/Ni复合材料通过热处理的方式移除PS模板，热处理在惰性气体保护的管式炉中进行，热处理条件从室温升温至500℃，升温速率为5℃/min，而后在500℃下保温1h，即得到泡沫镍。
5、泡沫镍的前处理：先将泡沫镍置于丙酮或热碱溶液中除油；对除油后的高表面积泡沫镍用纯净水清洗干净；将清洗干净的高表面积泡沫镍置于稀酸溶液中酸刻蚀；对酸刻蚀后的高表面积泡沫镍再次用纯净水清洗干净；置入烘箱中烘干备用。
6、活性涂覆液的配制：将30g NiSO4·7H2O，25g Na2MoO4·2H2O，70g Na3C6H5O7·H2O和1g CoSO4·6H2O逐次溶解于1L水中，并用磁力搅拌均匀。
7、泡沫镍表面覆盖Ni-Mo-Co活性涂层：量取1L活性涂敷液置于烧杯中，然后，裁剪1cm×2cm前处理后的泡沫镍，在超声振荡作用下，将泡沫镍置于活性涂敷液的烧杯中，缓慢提拉出来，将涂覆有活性涂敷液的泡沫镍置于烘箱中80℃烘烤20min，如此进行3次反复涂抹烘烤。
8、后处理：最后将烘烤干燥后的涂覆有Ni-Mo-Co活性涂层的泡沫镍置于马弗炉中500℃条件下焙烧1h，升温速率10℃/min。经自然降温至室温，即得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
经过以上步骤所制备得到的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极的性能见表3。
实施例3
本发明的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极表面活性涂层成分见表2。
1、PS微球的制备：首先在70mL去离子水和45mL乙醇中加入0.085g过硫酸钾(KPS)作为引发剂，之后加入减压蒸馏过的苯乙烯单体5mL，在70℃油浴中通氮气并搅拌6h，得到PS微球乳化液，经离心干燥得到PS微球粉末。
2、PS微球表面改性：以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，将PS微球加入CTAB的水溶液中，其中CTAB与PS微球浓度比1∶9，将此混合液利用高速剪切机进行分散而得到表面改性的PS微球悬浮液。
3、PS/Ni复合材料制备：电镀采用10mm×20mm的铜箔为基材，先将铜箔放置丙酮溶液中浸泡24h，而后放置水溶液中进行超声波清洗，将清洗干净的基材进行电化学抛光(电化学抛光液组成及工艺条件见表1)，最后将抛光后的基材用去离子水清洗干净，用氮气吹干后备用。阳极为大面积的铂丝。电镀液配制：将硫酸镍、氯化镍、硼酸依次溶解得到1M硫酸镍、0.5M氯化镍以及0.2M硼酸的镀镍瓦特浴电镀液。将表面改性的PS微球悬浮液加入至瓦特浴镀液中，采用恒电流垂直电沉积法制备PS/Ni复合材料。
4、泡沫镍制备：对所得到的PS/Ni复合材料通过热处理的方式移除PS模板，热处理在惰性气体保护的管式炉中进行，热处理条件从室温升温至500℃，升温速率为5℃/min，而后在500℃下保温1h，即得到泡沫镍。
5、泡沫镍的前处理：先将泡沫镍置于丙酮或热碱溶液中除油；对除油后的高表面积泡沫镍用纯净水清洗干净；将清洗干净的高表面积泡沫镍置于稀酸溶液中酸刻蚀；对酸刻蚀后的高表面积泡沫镍再次用纯净水清洗干净；置入烘箱中烘干备用。
6、活性涂覆液的配制：将30g NiSO4·7H2O，25g Na2MoO4·2H2O，70g Na3C6H5O7·H2O和1g CoSO4·6H2O逐次溶解于1L水中，并用磁力搅拌均匀。
7、泡沫镍表面覆盖Ni-Mo-Co活性涂层：量取1L活性涂敷液置于烧杯中，然后，裁剪1cm×2cm前处理后的泡沫镍，在超声振荡作用下，将泡沫镍置于活性涂敷液的烧杯中，缓慢提拉出来，将涂覆有活性涂敷液的泡沫镍置于烘箱中80℃烘烤20min，如此进行3次反复涂抹烘烤。
8、后处理：最后将烘烤干燥后的涂覆有Ni-Mo-Co活性涂层的泡沫镍置于马弗炉中500℃条件下焙烧1h，升温速率10℃/min。经自然降温至室温，即得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
经过以上步骤所制备得到的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极的性能见表3。
实施例4
本发明的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极表面活性涂层成分见表2。
1、PS微球的制备：首先在70mL去离子水和45mL乙醇中加入0.085g过硫酸钾(KPS)作为引发剂，之后加入减压蒸馏过的苯乙烯单体5mL，在70℃油浴中通氮气并搅拌6h，得到PS微球乳化液，经离心干燥得到PS微球粉末。
2、PS微球表面改性：以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，将PS微球加入CTAB的水溶液中，其中CTAB与PS微球浓度比1∶9，将此混合液利用高速剪切机进行分散而得到表面改性的PS微球悬浮液。
3、PS/Ni复合材料制备：电镀采用10mm×20mm的铜箔为基材(纯度99.9％，厚度35μm)，先将铜箔放置丙酮溶液中浸泡24h，而后放置水溶液中进行超声波清洗，将清洗干净的基材进行电化学抛光(电化学抛光液组成及工艺条件见表1)，最后将抛光后的基材用去离子水清洗干净，用氮气吹干后备用。阳极为大面积的铂丝。电镀液配制：将硫酸镍、氯化镍、硼酸依次溶解得到1M硫酸镍、0.5M氯化镍以及0.2M硼酸的镀镍瓦特浴电镀液。将表面改性的PS微球悬浮液加入至瓦特浴镀液中，采用恒电流垂直电沉积法制备PS/Ni复合材料。
4、泡沫镍制备：对所得到的PS/Ni复合材料通过热处理的方式移除PS模板，热处理在惰性气体保护的管式炉中进行，热处理条件从室温升温至500℃，升温速率为5℃/min，而后在500℃下保温7h，即得到泡沫镍。
5、泡沫镍的前处理：先将泡沫镍置于丙酮或热碱溶液中除油；对除油后的高表面积泡沫镍用纯净水清洗干净；将清洗干净的高表面积泡沫镍置于稀酸溶液中酸刻蚀；对酸刻蚀后的高表面积泡沫镍再次用纯净水清洗干净；置入烘箱中烘干备用。
6、活性涂覆液的配制：将30g NiSO4·7H2O，55g Na2MoO4·2H2O，70g Na3C6H5O7·H2O和1g CoSO4·6H2O逐次溶解于1L水中，并用磁力搅拌均匀。
7、泡沫镍表面覆盖Ni-Mo-Co活性涂层：量取1L活性涂敷液置于烧杯中，然后，裁剪1cm×2cm前处理后的泡沫镍，在超声振荡作用下，将泡沫镍置于活性涂敷液的烧杯中，缓慢提拉出来，将涂覆有活性涂敷液的泡沫镍置于烘箱中80℃烘烤20min，如此进行3次反复涂抹烘烤。
8、后处理：最后将烘烤干燥后的涂覆有Ni-Mo-Co活性涂层的泡沫镍置于马弗炉中500℃条件下焙烧1h，升温速率10℃/min。经自然降温至室温，即得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
经过以上步骤所制备得到的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极的性能见表3。
实施例5
本发明的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极表面活性涂层成分见表2。
1、PS微球的制备：首先在70mL去离子水和45mL乙醇中加入0.085g过硫酸钾(KPS)作为引发剂，之后加入减压蒸馏过的苯乙烯单体5mL，在70℃油浴中通氮气并搅拌6h，得到PS微球乳化液，经离心干燥得到PS微球粉末。
2、PS微球表面改性：以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为表面活性剂，将PS微球加入CTAB的水溶液中，其中CTAB与PS微球浓度比1∶3，将此混合液利用高速剪切机进行分散而得到表面改性的PS微球悬浮液。
3、PS/Ni复合材料制备：电镀采用10mm×20mm的铜箔为基材，先将铜箔放置丙酮溶液中浸泡24h，而后放置水溶液中进行超声波清洗，将清洗干净的基材进行电化学抛光(电化学抛光液组成及工艺条件见表1)，最后将抛光后的基材用去离子水清洗干净，用氮气吹干后备用。阳极为大面积的铂丝。电镀液配制：将硫酸镍、氯化镍、硼酸依次溶解得到1M硫酸镍、0.5M氯化镍以及0.2M硼酸的镀镍瓦特浴电镀液。将表面改性的PS微球悬浮液加入至瓦特浴镀液中，采用恒电流垂直电沉积法制备PS/Ni复合材料。
4、泡沫镍制备：对所得到的PS/Ni复合材料通过热处理的方式移除PS模板，热处理在惰性气体保护的管式炉中进行，热处理条件从室温升温至500℃，升温速率为5℃/min，而后在500℃下保温7h，即得到泡沫镍。
5、泡沫镍的前处理：先将泡沫镍置于丙酮或热碱溶液中除油；对除油后的高表面积泡沫镍用纯净水清洗干净；将清洗干净的高表面积泡沫镍置于稀酸溶液中酸刻蚀；对酸刻蚀后的高表面积泡沫镍再次用纯净水清洗干净；置入烘箱中烘干备用。
6、活性涂覆液的配制：将30g NiSO4·7H2O，55g Na2MoO4·2H2O，70g Na3C6H5O7·H2O和5g CoSO4·6H2O逐次溶解于1L水中，并用磁力搅拌均匀。
7、泡沫镍表面覆盖Ni-Mo-Co活性涂层：量取1L活性涂敷液置于烧杯中，然后，裁剪1cm×2cm前处理后的泡沫镍，在超声振荡作用下，将泡沫镍置于活性涂敷液的烧杯中，缓慢提拉出来，将涂覆有活性涂敷液的泡沫镍置于烘箱中80℃烘烤20min，如此进行3次反复涂抹烘烤。
8、后处理：最后将烘烤干燥后的涂覆有Ni-Mo-Co活性涂层的泡沫镍置于马弗炉中500℃条件下焙烧1h，升温速率10℃/min。经自然降温至室温，即得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
经过以上步骤所制备得到的Ni-Mo-Co泡沫析氢电极的性能见表3。
表1基底电化学抛光液组成及工艺条件
| 铜箔抛光液组成及工艺条件 | 工艺参数 |
| 浓磷酸 | 40mL |
| 去离子水 | 20mL |
| 电压 | 1.6V |
| 电流 | max |
| 镍网抛光液组成及工艺条件 | 工艺参数 |
| 75％的硫酸 | 100mL |
| 电压 | 5V |
| 电流 | max |
表2实施例1-5的合金成分配方(at％)
表3实施例1-5的合金性能表
| 合金 | 析氢过电位(mV) | 持续时间(h) |
| 实施例1 | 45 | 210 |
| 实施例2 | 49 | 257 |
| 实施例3 | 62 | 310 |
| 实施例4 | 67 | 325 |
| 实施例5 | 73 | 347 |
备注：Ni-Mo-Co泡沫析氢电极材料在80℃、30％NaOH水溶液中电解，电解时，电流密度为150mA/cm2，电解时以10mm×20mm的铜箔为基材(纯度99.9％，厚度35μm)。
本发明制备的高活性、高耐腐蚀性的镍基析氢电极材料的析氢过电位仅45～75mV；电极通电持续时间为200～350h，完全满足析氢电极对高活性、高耐腐蚀性的要求。
Claims (9)
1.一种镍基析氢电极材料，其特征在于：其表面活性涂覆层的原子含量百分比组成为：Mo 10～20％，Co 0.8～1.8％，其余为Ni，其中，钼与钴的原子含量比为8～12。
2.一种权利要求1所述的镍基析氢电极材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)制备PS微球；(2)对PS微球进行表面改性；(3)采用电沉积法制备PS/Ni复合材料；(4)热处理去除PS模板制备泡沫镍；(5)利用稀酸溶液对泡沫镍进行酸刻蚀；(6)配制活性涂覆液；(7)泡沫镍表面覆盖Ni-Mo-Co活性涂层；(8)后处理得到Ni-Mo-Co泡沫析氢电极。
3.根据权利要求2所述的镍基析氢电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，采用无皂乳液聚合法制备PS微球。
4.根据权利要求2所述的镍基析氢电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，以十六烷基三甲基溴化铵作为表面活性剂，将PS微球加入CTAB的水溶液中，其中十六烷基三甲基溴化铵与PS微球浓度比为1∶3～1∶9。
5.根据权利要求2所述的镍基析氢电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，将表面改性的PS微球悬浮液加入至瓦特浴电镀液中，采用恒电流垂直电沉积法制备PS/Ni复合材料。
6.根据权利要求2所述的镍基析氢电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(4)中热处理条件为：从室温升温至500℃，升温速率为5℃/min，而后在500℃下保温1～7h。
7.根据权利要求2所述的镍基析氢电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(6)中，活性涂覆液的配制方法为：将30g NiSO4·7H2O，25～55g Na2MoO4·2H2O，70g Na3C6H5O7·H2O和1～5g CoSO4·6H2O逐次溶解于1L水中，搅拌均匀。
8.根据权利要求2所述的镍基析氢电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(7)中，将泡沫镍置于活性涂敷液中，缓慢提拉出来，将涂覆有活性涂敷液的泡沫镍置于烘箱中80℃烘烤20min，如此进行3次反复涂抹烘烤。
9.根据权利要求2所述的镍基析氢电极材料的制备方法，其特征在于：所述步骤(8)中，将涂覆有Ni-Mo-Co活性涂层的泡沫镍置于马弗炉中500℃条件下焙烧1h，升温速率10℃/min，自然降温至室温。
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