[發(fā)明專利]一種三維電解復(fù)合析氫材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112626554B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾令平;劉佳興;賈友祿;肖逸鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 永州市產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所
• 主分類號: C25B11/091
• 分類號: C25B11/091;C25B1/04
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 金東

1.一種三維電解復(fù)合析氫材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)石墨粉末的預(yù)處理：

①首先將平均粒徑為0.5μm的石墨粉末加入到盛有蒸餾水的容器中，石墨粉末與蒸餾水的質(zhì)量比為1：30，加熱煮沸5h后將懸浮溶液自然冷卻至室溫，過濾收集石墨粉末；

②然后配制質(zhì)量百分濃度為15％的硝酸溶液，將步驟①的石墨粉末加入到硝酸溶液中浸泡30min，石墨粉末與硝酸溶液的質(zhì)量比為1：8，之后對石墨粉末進(jìn)行離心分離，并用蒸餾水離心洗滌石墨粉末至洗滌水為中性；然后將洗滌后的石墨粉末置于烘箱中于80℃溫度下烘干，待其烘干后，將其研磨成平均粒徑為0.5μm的超細(xì)粉末；

(2)鎳磷粉末制備所用化學(xué)鍍液的配制：

①所用化學(xué)原料：硫酸鎳、次亞磷酸鈉、檸檬酸、丁二酸、乙酸鈉、氟化氫銨，其用量有如下質(zhì)量比例關(guān)系：硫酸鎳：次亞磷酸鈉：檸檬酸：丁二酸：乙酸鈉：氟化氫銨＝25～30：10～15：10～15：3～5：3～5：3～5；

②化學(xué)鍍鎳磷鍍液的配制：

首先將硫酸鎳、檸檬酸、丁二酸、乙酸鈉、氟化氫銨依次加入到盛有1L蒸餾水的容器中，并將容器置于磁力攪拌器上，加熱使溶液的溫度為50～60℃，使加入的試劑完全溶解；等上述各試劑溶解后，再將次亞磷酸鈉加入到溶液中，攪拌使其溶解，待次亞磷酸鈉完全溶解后，將溶液溫度自然冷卻至室溫；然后用滴管將質(zhì)量百分濃度為25％的氨水溶液逐滴滴加到溶液中，磁力攪拌，調(diào)整容器中溶液的pH值為4.4～4.8，再將溶液緩慢磁力攪拌20～30min，即配制了制備鎳磷粉末所用的化學(xué)鍍液；

(3)鈷粉末制備所用化學(xué)鍍液的配制：

①所用化學(xué)原料：氯化鈷、乙酸、丙二酸、乙酸鈉、氟化氫銨、次亞磷酸鈉，其用量有如下質(zhì)量比例關(guān)系：氯化鈷：乙酸：丙二酸：乙酸鈉：氟化氫銨＝25～30：10～15：3～5：3～5：10～15；

②化學(xué)鍍鈷鍍液的配制：

首先將氯化鈷、乙酸、丙二酸、乙酸鈉、氟化氫銨依次加入到盛有1L蒸餾水的容器中，并將容器置于磁力攪拌器上，加熱使溶液的溫度為30～50℃，使加入的試劑完全溶解；等上述各試劑溶解后，再將次亞磷酸鈉加入到溶液中，攪拌使其溶解，待次亞磷酸鈉完全溶解后，將溶液溫度自然冷卻至室溫；然后用滴管將質(zhì)量百分濃度為25％的氨水溶液逐滴滴加到溶液中，磁力攪拌，調(diào)整容器中溶液的pH值為4.4～4.8，再將溶液緩慢磁力攪拌20～30min，即配制了制備鈷粉末所用的化學(xué)鍍液；

(4)鎳磷鈷粉末的制備和處理：

①化學(xué)堿洗液的配制：

將質(zhì)量比7:5:1的磷酸鈉、碳酸鈉和氫氧化鈉依次加入到盛有1L蒸餾水的燒杯中，攪拌使其充分溶解；待磷酸鈉、碳酸鈉和氫氧化鈉充分溶解后，再將溶液室溫下緩慢攪拌30min，即得化學(xué)堿洗液；將配制的化學(xué)堿洗液溫度升至60～70℃?zhèn)溆茫?/p>

②化學(xué)鍍所用不銹鋼試件的預(yù)處理：

制備化學(xué)鍍鎳鈷磷鍍層所用不銹鋼試件的化學(xué)成分質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為：碳0.08％、硫0.03％、磷0.045％、硅1.0％、錳2.0％、鎳8.0％、鉻18.0％、余量為鐵；

a、首先依次用60#、120#、280#規(guī)格的砂布對不銹鋼試件進(jìn)行初步拋光，去除試件表面的污物、氧化皮等雜質(zhì)，之后再用400#規(guī)格的水砂紙對其精細(xì)拋光，試件拋光完畢后，其表面應(yīng)平整、光滑，無宏觀缺陷、劃痕、砂眼；

b、用蒸餾水將不銹鋼試件清洗干凈，然后將其置于溫度為60～70℃的化學(xué)堿洗液中進(jìn)行除油處理，5min后將其從堿洗液中取出，先用流動(dòng)的自來水沖洗，然后再用蒸餾水將其清洗干凈；

c、將除油并清洗干凈的不銹鋼試件置于質(zhì)量百分濃度為10％的鹽酸溶液中進(jìn)行活化處理，活化溫度為室溫，活化3～5min后，將試件從鹽酸溶液中取出，并用蒸餾水洗凈其表面殘留的鹽酸溶液；

③不銹鋼試件的施鍍和鎳鈷磷粉末的制備：

將鎳磷粉末制備所用化學(xué)鍍液和鈷粉末制備所用化學(xué)鍍液混合后置于容器中，并保持溫度在83～88℃，緊接著將上述預(yù)處理過的不銹鋼試件放入本容器中，然后將一根前端和表面用砂紙打磨、直徑為0.5mm的細(xì)鐵絲置于鍍液中，并使其前端與不銹鋼試件充分接觸；待不銹鋼試件表面有大量氣泡產(chǎn)生和析出后，將不銹鋼試件從化學(xué)鍍液中取出，盛有鍍液的容器溫度采用水浴加熱控制，施鍍時(shí)間控制為60～90min后，將不銹鋼試件從鍍液中取出，首選用流動(dòng)的自來水沖洗其表面，然后用蒸餾水將其清洗干凈，并將其表面吹干；用刮刀將不銹鋼試件表面的鎳鈷磷鍍層刮擦下來，并將刮下來的鎳鈷磷鍍層置于高能量球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，制得平均粒徑為7μm的鎳鈷磷粉末；

④鎳鈷磷粉末的浸泡預(yù)處理：

用聚合度為1750、醇解度為89％的聚乙烯醇配制質(zhì)量百分濃度為0.3～0.5％的聚乙烯醇水溶液，將球磨處理后的鎳鈷磷粉末置于聚乙烯醇水溶液中，室溫浸泡60～90min，然后將其取出置于烘箱中于80℃溫度下烘干，再將其研磨成平均粒徑為8μm的細(xì)小粉末；

(5)氧化銅粉末的處理

①以銅片為前驅(qū)體，先將銅片先在0.1mol/L的HCl溶液中超聲清洗5分鐘，接著用去離子水沖洗，然后在丙酮溶液中浸泡1分鐘，最后再用去離子水沖洗；

②將清洗后的銅片一部分置于堿性水溶液中，一部分暴露在空氣中，堿性水溶液含有1mol/LKOH、0.1mol/LLiOH和0.01mol/LKCl，在室溫下反應(yīng)5天后，整個(gè)銅片表面變黑；拿出銅片，用去離子水清洗，然后干燥；

③將干燥后的銅片在300℃熱處理5小時(shí)，空氣氣氛，得到表面覆有氧化銅的銅片；

④用刮刀將銅片表面的氧化銅刮擦下來，并將刮下來的氧化銅置于高能量球磨機(jī)中進(jìn)行研磨，球磨機(jī)的轉(zhuǎn)速為1346rpm/min，球料比為40:1，研磨時(shí)間為3～5h，制得平均粒徑為7μm的氧化銅粉末；

(6)石墨-鎳鈷磷-氧化銅三維復(fù)合析氫材料的制備

①制備石墨-鎳鈷磷前驅(qū)體

按照1.5～2.3mmol:2.5～3.2mmol：10.8～15.4mL的摩爾體積比將石墨粉末、鎳鈷磷粉末加入到去離子水中，攪拌，再加入2mmol尿素和0.5mmolNH₄F繼續(xù)攪拌；將攪拌所得混合溶液和所述混合溶液質(zhì)量2％的氯化鈉共同加入反應(yīng)釜中，180℃保溫5h，即得石墨-鎳鈷磷前驅(qū)體，研磨成粒徑8μm的粉末；

②石墨-鎳鈷磷-氧化銅三維復(fù)合析氫材料的制備

將所述石墨-鎳鈷磷前驅(qū)體與氧化銅粉末混合均勻，加入瓷舟中，將所述瓷舟放入管式爐的上風(fēng)口，在氬氣氛圍下加熱至300℃，保溫7h，然后以3℃/min的速率升溫至450℃，保溫2h；取出，立即用室溫的去離子水沖洗3次，乙醇浸泡10min，去離子水浸泡20min，去離子水沖洗2次，即得所述石墨-鎳鈷磷-氧化銅三維復(fù)合析氫材料。