纳米多孔钴电极材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米多孔钴电极材料，所述纳米多孔钴电极材料为可自支撑的纳米多孔条带，具有相互嵌套的三维连续孔洞及金属韧带组成的结构，且所述金属韧带均匀分布；所述纳米多孔钴电极材料中的钴为单质钴。本发明专利技术的纳米多孔钴电极材料孔隙分布均匀，比表面积大，测试性能稳定，且实现了电极材料的自支撑，可直接作为电极材料应用至电化学领域。直接作为电极材料应用至电化学领域。直接作为电极材料应用至电化学领域。

【技术实现步骤摘要】
纳米多孔钴电极材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米金属功能材料
，具体而言涉及一种纳米多孔钴电极材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]电极材料是制约电化学应用发展的主要因素，因此，开发性质优异的工作电极材料是提升电化学性能的重要途径之一。
[0003]纳米多孔金属作为一种新型的功能结构材料，既拥有金属材料的金属属性，同时又具有多孔材料的多孔特性，这些结构特征赋予了纳米多孔金属材料很多独特的物理化学性质，其在电化学方面的应用尤其引人注目。
[0004]早期关于纳米多孔金属研究主要聚焦于纳米多孔金、纳米多孔银等贵金属纳米多孔材料的制备及应用，但是贵金属高昂的成本制约了其应用发展，于是研究人员们开始将目光投向了过渡金属纳米多孔材料。
[0005]过渡金属基纳米材料具有丰度大、获取容易、合成简单等优点，近年来的许多研究已证明钴及其氧化物、氢氧化物纳米材料具有出色的电化学性能，在超级电容器、传感器、电催化、光催化、电池能源等领域得到广泛研究，且钴基材料较低的成本进一步增加了其大规模生产应用的潜力。
[0006]但目前以纳米多孔钴材料作为电极应用至电化学领域的研究并不多见，这是因为纳米多孔钴一般为粉末材料，需要通过聚乙烯醇等介质将其黏附于玻碳电极、碳纸、碳布等载体上来进行使用，这种方法容易出现因负载量低，负载不均匀，纳米结构团聚，而导致的电极材料性能差的问题，且该种方法工序复杂，耗时长，不利于大规模使用；而利用传统的化学脱合金法，因强酸剧烈腐蚀，在多孔层和非晶合金条带之间产生巨大的腐蚀应力，易导致多孔钴材料的破碎，从而无法得到带状材料，限制了纳米多孔钴作为电极材料应用至电化学领域的发展。

技术实现思路

[0007]本专利技术目的在于针对现有技术的不足，提供了一种纳米多孔钴电极材料，该电极材料具有三维连续孔洞及金属韧带组成的结构，孔隙分布均匀，测试性能稳定，且实现了电极材料的自支撑，可直接作为电极材料应用至电化学领域。
[0008]本专利技术的另一目的在于提供一种纳米多孔钴电极材料的制备方法。
[0009]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：
[0010]一种纳米多孔钴电极材料，所述纳米多孔钴电极材料为可自支撑的纳米多孔条带，具有相互嵌套的三维连续孔洞及金属韧带组成的结构，且所述金属韧带均匀分布；所述纳米多孔钴电极材料中的钴为单质钴。
[0011]进一步地，所述孔洞的孔径分布均匀，呈正态分布。
[0012]进一步地，所述纳米多孔钴电极材料的比表面积为原始非晶合金条带的13.9倍。
[0013]进一步地，所述单质钴的原子百分比含量为26.85
‑
84.01％。
[0014]一种纳米多孔钴电极材料的制备方法，包括以下步骤：
[0015]S1：按照目标合金Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
配比各金属单质，熔炼得到母合金；其中，50at.％≤a≤60 at.％，13at.％≤b≤18at.％，23at.％≤c≤28at.％，0at.％≤d≤5at.％，M为Au、Ag、Ni、Nb等金属元素中的任一种；
[0016]S2：将S1中得到的母合金通过单辊旋淬法处理以获得Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
非晶合金条带；
[0017]S3：在标准三电极系统中，以S2中所得的Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
非晶合金条带为工作电极，以铂片为对电极，通过恒电位极化的方法对Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
非晶合金条带进行电化学脱合金处理，并直接在Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
非晶合金条带电极上得到纳米多孔钴电极材料。
[0018]进一步地，所述标准三电极体系具体为：以Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
非晶合金条带为工作电极，以铂电极为对电极，以饱和甘汞电极为参比电极，以NH4F和(NH4)2SO4混合水溶液为电解液，在一定的极化电位下进行恒电位极化。
[0019]进一步地，所述NH4F的浓度为0.1
‑
0.15M，(NH4)2SO4浓度为0.1
‑
1M。
[0020]进一步地，所述极化电位为1.5
‑
2.5V，极化时间为1
‑
4h。
[0021]进一步地，所述单辊旋淬法甩带时铜辊转数为2200rpm。
[0022]本专利技术的有益效果在于：
[0023]1、本专利技术的纳米多孔钴电极材料为可自支撑的纳米多孔条带，通过电化学脱合金，其氟化铵中的铵根离子呈弱酸性，降低了酸溶液的酸性，再加上一定的硫酸铵调节pH，使溶液整体还是成弱酸性，本身腐蚀能力降低，从而减小腐蚀应力的产生，给与钴原子足够的扩散时间，且只有在外加电压的条件下才会开始腐蚀，使得腐蚀过程变得更温和可控，从而达到降低腐蚀应力的作用，使得最终制备的纳米多孔钴条带不会破碎，解决了纳米多孔钴在制备带状材料时易破碎的问题，其特有的自支撑结构可直接作为电极材料应用至电化学领域，无需进一步处理，避免了负载处理结构带来的负载量低，负载不均匀以及工序复杂，耗时长的问题，也避免了在电化学测试过程中团聚导致的比表面积下降的问题，保证了测试的效率和稳定。
[0024]2、本专利技术的纳米多孔钴电极材料是以非晶合金Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
为前驱体进行电化学脱合金， Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
非晶态合金中金属元素在原子尺度上分布混乱，没有取向性，成分分布足够均匀，没有晶界等晶体缺陷，在脱合金的过程中，较为活泼的金属原子被腐蚀掉，较为稳定的金属原子通过扩散形成韧带，从而得到了具有均匀纳米多孔结构的米多孔钴电极材料，其均匀分布的孔径，使得电流通过条带时，电子转移更加均匀，从而在电化学测试的过程中电流相应，测试更稳定；对其孔径的分析可知其孔径呈正态分布，进一步证明了其孔及金属韧带分布均匀。
[0025]3、本专利技术的纳米多孔钴电极材料响应电流大，性能较好，且具有较大的比表面积，为原始非晶合金条带比表面积的13.9倍，较大的比表面积提高了电极材料与电化学溶液的接触效率，为电化学性能的测试提供反应分子所需的扩散和传输通道，为反应提供了更多的附着点，提供了更多氧化还原的场所，从而具有更多的活性位点，加速了反应，其对甲基橙的降解率可高达98.20％。
[0026]4、本专利技术通过电化学脱合金制备纳米多孔钴电极材料，制备工艺简单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米多孔钴电极材料，其特征在于：所述纳米多孔钴电极材料为可自支撑的纳米多孔条带，具有相互嵌套的三维连续孔洞及金属韧带组成的结构，且所述金属韧带均匀分布；所述纳米多孔钴电极材料中的钴为单质钴。2.根据权要求1所述的纳米多孔钴电极材料，其特征在于：所述孔洞的孔径分布均匀，呈正态分布。3.根据权要求1所述的纳米多孔钴电极材料，其特征在于：所述纳米多孔钴电极材料的比表面积为原始非晶合金条带的13.9倍。4.根据权要求1所述的纳米多孔钴电极材料，其特征在于：所述单质钴的原子百分比含量为26.85
‑
84.01％。5.一种权利要求1
‑
4中任一项所述的纳米多孔钴电极材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：按照目标合金Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
配比各金属单质，熔炼得到母合金；其中，50at.％≤a≤60at.％，13at.％≤b≤18at.％，23at.％≤c≤28at.％，0at.％≤d≤5at.％，M为Au、Ag、Ni、Nb等金属元素中的任一种；S2：将S1中得到的母合金通过单辊旋淬法处理以获得Zr
a
Al
b
Co
c
M
d
非晶合金条带；S3：在标准三电极系统中，以S2中所得的Zr
a
Al
b
Co
...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦凤香，陈彦南，陈峰，池昱晨，王杭宁，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：