一种纳米金属薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种纳米金属薄膜及其制备方法与应用，本发明专利技术的制备方法，包括以下步骤：在第一金属薄膜表面蒸镀第二金属；热处理后腐蚀处理，即得所述纳米金属薄膜；所述第一金属薄膜包括镍薄膜、钴薄膜、铜薄膜、银薄膜、金薄膜和镍铁合金薄膜中的至少一种。本发明专利技术利用高温退火和脱合金腐蚀的方法制备纳米结构的金属薄膜，制备过程简单，制备工艺要求低，产品结构稳定，过程绿色无污染。过程绿色无污染。过程绿色无污染。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米金属薄膜及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及电化学
，具体涉及一种纳米金属薄膜及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]氢气是减少化石能源使用的最有前途的替代能源之一。电化学分解水被认为是产生清洁氢能源并且可以持续性发展的最有前景的技术之一。在整个水分解过程中，为了提高反应速率和能量转换效率，阳极的析氧反应和阴极的析氢反应十分关键，而整体的反应速率更是依赖于析氧反应速率，而析氧反应往往需要在较大的过电势下才能进行，如果在反应过程中缺乏催化剂，会导致巨大的能量损耗。直到现在，贵金属基材料(如Au与Ag等)由于它们优异的催化性能，通常作为析氧反应的标准电催化剂，而地球上储量丰富、催化高效和性能稳定的过渡金属元素(如Fe、Co、Ni和Cu等)也经常作为析氧反应催化剂来研究。
[0003]纳米结构的金属材料由于将金属的特性与纳米结构的特性相结合而拥有众多的优点，如表面效应显著、高比表面积、高孔隙率、低密度、结构稳定、耐腐蚀和耐疲劳，受到了各领域的广泛关注。近年来，纳米多孔金属材料已被越来越多的应用于传感、生物、分析、储能、催化等领域。
[0004]根据金属的性质纳米多孔金属材料可分为贵金属材料和非贵金属材料两类，如非贵金属材料有Ni、Cu和Ti等，贵金属材料则较多的研究了Au、Ag、Pt和Pd等。纳米结构的金属膜具有独特的纳米孔结构，自支撑性，良好的连续性，柔韧性和高比表面积等优点，并且可以用作电池，燃料电池，水分解电解槽等设备中的坚固电极。通过进一步的化学/电化学处理，箔支撑的纳米结构金属膜可以转变为具有增强的功能和性能的氧化物，氢氧化物，硫化物或层状双氢氧化物。所提出的策略在制造其他自支撑，柔性，先进的纳米材料方面显示出巨大的潜力。然而，如何制备连续的、柔性的、自支撑和电催化性能优异的纳米金属薄膜仍然是一个巨大的挑战。相关技术中制备纳米多孔金属的方法主要有模板法。模板法是通过物理或化学方法将目标金属沉积到模板孔隙中，然后通过腐蚀、溶解、退火等方法去除模板，得到与模板材料相对应的逆向复制品。根据所选的模板，可以制备出结构高度有序的材料，但其结构和形貌受到所选模板的限制，且工艺复杂、变量多和可控性差。
[0005]综上，需要开发一种纳米金属薄膜的制备方法，利用该方法制备得到的纳米金属薄膜的电催化性能优异。

技术实现思路

[0006]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种纳米金属薄膜的制备方法，利用该方法制备得到的纳米金属薄膜的电催化性能优异。
[0007]本专利技术提供了上述制备方法制备得到的纳米金属薄膜。
[0008]本专利技术提供了上述制备方法制备得到的纳米金属薄膜的应用。
[0009]本专利技术第一方面提供了一种纳米金属薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0010]在第一金属薄膜表面蒸镀第二金属；热处理后腐蚀处理，即得所述纳米金属薄膜；
[0011]所述第一金属薄膜包括镍薄膜、钴薄膜、铜薄膜、银薄膜、金薄膜和镍铁合金薄膜中的至少一种。
[0012]本专利技术的制备方法，利用反应扩散的原理制备合金薄膜，即当某种元素通过扩散，自金属表面向内部渗透时，若该扩散元素的含量超过基体金属的溶解度，则随着扩散的进行会在金属表层形成中间相，这种通过扩散形成新相的现象称为反应扩散或相变扩散。
[0013]本专利技术的制备方法还利用合金中不同金属的化学性质差异，通过腐蚀处理(自由腐蚀和/或电化学腐蚀)，选择性地去除合金中一个或多个组分，形成纳米多孔材料。与相关技术中相比，本专利技术的操作简单、重复性好、产物结构均匀且比表面积高。在腐蚀过程中，未被腐蚀的金属组分会通过扩散、迁移和聚集等方式形成三维连续的网状多孔结构。
[0014]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一金属薄膜还需进行预处理。
[0015]根据本专利技术的一些实施方式，所述预处理为超声处理。
[0016]根据本专利技术的一些实施方式，所述超声处理的溶剂为乙醇溶液。
[0017]根据本专利技术的一些实施方式，所述乙醇溶液的体积分数为50％～99.9％。
[0018]根据本专利技术的一些实施方式，所述超声处理的时间为0.5h～1h。
[0019]根据本专利技术的一些实施方式，所述蒸镀的电流为60A～100A。
[0020]蒸镀电流的高低决定蒸镀温度的高低，过低则金属不会变成气态。
[0021]根据本专利技术的一些实施方式，所述蒸镀的时间为0.5h～3h。
[0022]根据本专利技术的一些实施方式，所述第二金属包括镁、银、镓、锌或铝中的至少一种。
[0023]根据本专利技术的一些实施方式，所述热处理的温度为400℃～700℃。
[0024]热处理温度过低则合金化程度不够，合金层厚度低，过高则金属可能会变成液态或者气态。
[0025]根据本专利技术的一些实施方式，所述镍铁合金薄膜中铁的质量分数为18％～22％。
[0026]根据本专利技术的一些实施方式，所述镍铁合金薄膜中铁的质量分数为20％。
[0027]脱合金腐蚀，腐蚀的是合金相中质量含量超过60％的金属元素，控制金属铁的含量，从而实现抑制铁的腐蚀。
[0028]根据本专利技术的一些实施方式，所述热处理的时间为1h～5h。
[0029]根据本专利技术的一些实施方式，所述腐蚀处理的腐蚀液为酸液或碱液。
[0030]根据本专利技术的一些实施方式，当所述第二金属为镓或铝时，所述腐蚀处理的腐蚀液为碱液。
[0031]根据本专利技术的一些实施方式，所述腐蚀处理的时间为直到金属薄膜表面无气泡产生。
[0032]根据本专利技术的一些实施方式，所述酸液包括酒石酸溶液、硝酸溶液和盐酸中的至少一种。
[0033]根据本专利技术的一些实施方式，所述酸液中酸的质量分数为1％～30％。
[0034]根据本专利技术的一些实施方式，所述酒石酸溶液的质量分数为1％～30％。
[0035]酒石酸溶液在腐蚀过程中只与Mg反应，不会对Ni薄膜造成影响。
[0036]根据本专利技术的一些实施方式，所述硝酸溶液的质量分数为1％～30％。
[0037]根据本专利技术的一些实施方式，所述硝酸溶液的质量分数为1％～10％。
[0038]根据本专利技术的一些实施方式，所述盐酸的质量分数为1％～30％。
[0039]根据本专利技术的一些实施方式，所述盐酸的质量分数为1％～10％。
[0040]根据本专利技术的一些实施方式，所述盐酸的质量分数为1％～5％。
[0041]根据本专利技术的一些实施方式，所述第一金属薄膜为金薄膜时，所述酸液为硝酸溶液。
[0042]根据本专利技术的一些实施方式，所述碱液包括氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液和氢氧化铯溶液中的至少一种。
[0043]根据本专利技术的一些实施方式，所述纳米金属薄膜进行氧化处理。
[0044]根据本专利技术的一些实施方式，所述氧化处理包括化学氧化和电化学氧化中的一种。
[0045]根据本专利技术的一些实施方式，所述化学氧化在强碱中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米金属薄膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：在第一金属薄膜表面蒸镀第二金属；热处理后腐蚀处理，即得所述纳米金属薄膜；所述第一金属薄膜包括镍薄膜、钴薄膜、铜薄膜、银薄膜、金薄膜和镍铁合金薄膜中的至少一种。2.根据权利要求1所述的纳米金属薄膜的制备方法，其特征在于：所述蒸镀的电流为60A～100A。3.根据权利要求1所述的纳米金属薄膜的制备方法，其特征在于：所述蒸镀的时间为0.5h～3h。4.根据权利要求1所述的纳米金属薄膜的制备方法，其特征在于：所述第二金属为镁或银。5.根据权利要求1所述的纳米金属薄膜的制备方法，其特征在于：所述热处理的温度为400℃～...

【专利技术属性】
技术研发人员：张弛，王铮，李振瀚，杨旗娜，崔宇，牛需要，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：