一种特殊结构钴基合金膜层的制备方法及产品技术

本发明专利技术公开了一种特殊结构钴基合金膜层的制备方法及产品，属于金属材料技术领域。钴基合金膜层的制备方法，包括以下步骤：将金属基底材料浸入酸性复合镀液中进行复合电沉积，然后再浸入碱性溶液中浸泡腐蚀，得到所述钴基合金膜层；所述酸性复合镀液的制备包括：将钴盐、钨盐和Al2O3颗粒加入溶剂中混合后调节pH值至酸性得到所述酸性复合镀液。该钴基合金膜层耐磨性能提高，析氢过电位减小，析氢性能提高，具有优良的催化性能。具有优良的催化性能。具有优良的催化性能。

【技术实现步骤摘要】
一种特殊结构钴基合金膜层的制备方法及产品


[0001]本专利技术涉及金属材料
，特别是涉及一种特殊结构钴基合金膜层的制备方法及产品。

技术介绍

[0002]在众多清洁能源中，氢能作为一种经济、高效、可持续的绿色能源，是最为理想的能源载体之一，其受到了越来越广泛的关注。在多种制氢技术中，水电解离制氢被认为是通往“氢经济”的最有效途径之一。然而在实际应用中，水电解离制氢往往需要克服较高的析氢过电位，从而造成较高的能源损耗，为有效解决水电解离析氢过电位过高的技术瓶颈，高效催化材料的应用是突破此瓶颈的技术关键。目前贵金属铂及其合金是最为有效的析氢催化剂，但价格高昂、资源稀少以及电化学稳定性较差等不足限制了其规模化应用，粉末状催化剂受限于粘合剂和电化学稳定性。因此，亟需开发一种机械强度高、催化活性良好的非贵金属电极材料。
[0003]在众多非贵金属电催化材料中，过渡金属磷化物由于其独特的电子结构以及类金属特性，是催化反应活性高、稳定性好和成本效能佳的析氢电催化材料之一，其具有代替Pt基电催化材料的潜质。当前，水电解离析氢所用磷化物催化材料大多采用溶液水热合成工序和高温固相还原工序制备，其形态多为粉体，需在溶剂中充分分散，之后再利用Nafion溶液和聚偏氟乙烯有机溶液等粘结剂将其固定在导电载体上，这样催化电极的催化剂负载量有限，且粘结剂会降低电极材料的电传导性能，同时还存在粘结剂会包覆和遮蔽催化剂的部分活性点位，降低其催化性能；此外，长时间电解过程中，活性催化材料易从电极表面脱落，致使水电解离析氢催化电极稳定性差。而如何制备得到一种催化活性及耐磨性良好的非贵金属电极材料，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种特殊结构钴基合金膜层的制备方法及产品，以解决现有技术中存在的问题，本专利技术在基底材料表面制备由钴、钨和Al2O3颗粒复合电沉积，再由NaOH溶液腐蚀去除Al2O3颗粒而成的具有特殊结构(将图1～2和图8进行对比，可以看出来特殊结构和原有结构，氧化铝颗粒去除后表面留下多孔)的钴基合金膜层，该膜层兼具耐磨性能及较高的析氢性能。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案
[0006]本专利技术的技术方案之一：
[0007]将金属基底材料浸入酸性复合镀液中进行复合电沉积，然后再浸入碱性溶液中浸泡腐蚀，得到所述钴基合金膜层；
[0008]所述酸性复合镀液的制备包括：将钴盐、钨盐和Al2O3颗粒加入溶剂中混合后调节pH值至酸性得到所述酸性复合镀液。
[0009]Co
‑
W合金膜层结构致密、硬度高、耐热性好、耐磨耐蚀性能优良。
[0010]将氧化铝颗粒通过腐蚀的方法去除，可以在表面形成多孔结构，有效增大表面积，提高其电催化性能。
[0011]进一步地，所述酸性复合镀液中钴盐的浓度为0.05～0.1mol/L，钨盐的浓度为0.05～0.1mol/L，Al2O3颗粒的浓度为10～30g/L；所述酸性复合镀液的pH值为4.5～6.0。
[0012]复合高浓度氧化铝颗粒的镀层厚度低于低浓度镀层。络合剂可以起到亮化、平整化和缓冲作用。
[0013]进一步地，所述钴盐为硫酸钴；所述钨盐为钨酸钠。
[0014]进一步地，所述酸性复合镀液中还含有络合剂。
[0015]进一步地，所述络合剂在酸性复合镀液中的浓度为0.2～0.4mol/L；所述络合剂为柠檬酸氢二铵。
[0016]进一步地，所述复合电沉积的条件为：恒电流密度，电流密度为10～50mA/cm2，电沉积时间为30～60min，电沉积温度为40～70℃。
[0017]进一步地，所述碱性溶液包括NaOH溶液；所述NaOH溶液的浓度为5～7mol/L。
[0018]进一步地，所述浸泡腐蚀的温度为60～80℃。
[0019]本专利技术的技术方案之二：一种上述制备方法制备的钴基合金膜层。
[0020]本专利技术的技术方案之三：一种上述钴基合金膜层在制备电极材料中的应用。
[0021]本专利技术公开了以下技术效果：
[0022](1)采用本专利技术的酸性复合镀液对基底材料进行复合电沉积，可以形成机械优异性能的Co
‑
W合金膜层，进一步将其浸入NaOH溶液中进行腐蚀，最终在基底表面形成了厚度为10～13μm的特殊结构钴基合金膜层，该复合膜表面平整、特殊结构均匀，摩擦系数为0.5～0.8，在10
‑
100mA/cm2的电流密度下腐蚀，其析氢过电位减小(与Co
‑
W镀层的572mV相比)，催化性能提高。
[0023](2)本专利技术制备得到的特殊结构的钴基合金膜层兼具耐磨性能及较高的析氢性能。
[0024](3)本专利技术在现有的钴盐、钨盐复合共沉积的基础上，加入了Al2O3颗粒，三种物质在络合剂柠檬酸氢二铵的作用下复合共沉积，可以制得Co
‑
W
‑
Al2O3复合膜层，可以提高膜层的耐磨性。然后在NaOH溶液中腐蚀去除Al2O3颗粒，得到具有特殊结构的钴基合金膜层。钴基膜层本身具有优异的性能，而本专利技术使用的脱颗粒法制备特殊结构的钴基合金膜层，使膜层具有较大的孔隙率、比表面积和化学活性，进一步提高了膜层的力学性能和催化性能。另外，本专利技术采用复合电沉积和腐蚀脱颗粒的方式，得到的膜层具有耐磨、比表面积大(具有多孔结构，比表面积变大)及析氢性能高等优点。
[0025](4)本专利技术的方法适合于制备电催化中(需要具有优异析氢性能、耐磨要求)的各种电极材料。
[0026](5)本专利技术采用复合电沉积和腐蚀脱颗粒技术，提高了其析氢性能及力学性能。
[0027](6)本专利技术的制备方法操作简单、清洁环保、适用于复杂形状及有盲孔的金属材料，易于工业化。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术实施例1制备的特殊结构钴基合金膜层的表面形貌图；
[0030]图2为本专利技术实施例2制备的特殊结构钴基合金膜层的表面形貌图；
[0031]图3为本专利技术实施例3制备的特殊结构钴基合金膜层的表面形貌图；
[0032]图4为本专利技术实施例4制备的特殊结构钴基合金膜层的表面形貌图；
[0033]图5为本专利技术实施例5制备的特殊结构钴基合金膜层的表面形貌图；
[0034]图6为本专利技术实施例6制备的特殊结构钴基合金膜层的表面形貌图；
[0035]图7为本专利技术对比例1制备的膜层的表面形貌图；
[0036]图8为本专利技术对比例2制备的膜层的表面形貌图；
[0037]图9为本专利技术对比例3制备的膜层的表面形貌图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种钴基合金膜层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将金属基底材料浸入酸性复合镀液中进行复合电沉积，然后再浸入碱性溶液中浸泡腐蚀，得到所述钴基合金膜层；所述酸性复合镀液的制备包括：将钴盐、钨盐和Al2O3颗粒加入溶剂中混合后调节pH值至酸性得到所述酸性复合镀液。2.根据权利要求1所述的钴基合金膜层的制备方法，其特征在于，所述酸性复合镀液中钴盐的浓度为0.05～0.1mol/L，钨盐的浓度为0.05～0.1mol/L，Al2O3颗粒的浓度为10～30g/L；所述酸性复合镀液的pH值为4.5～6.0。3.根据权利要求1所述的钴基合金膜层的制备方法，其特征在于，所述钴盐为硫酸钴；所述钨盐为钨酸钠。4.根据权利要求1所述的钴基合金膜层的制备方法，其特征在于，所述酸性复合镀液中还含有络合剂。...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡郑妍，卫国英，张中泉，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：