CN111020675B - 二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法 - Google Patents

二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法，其包括以下步骤：a.取硫酸钴、钨酸钠、硫酸钠、柠檬酸、硼酸、二氧化钛纳米管、表面活性剂配制成混合溶液，用氨水调节PH至4‑8；b.将配制好的混合溶液采用三电极体系，在铜基底上进行电沉积，即可获得二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层。本制备方法采用了工业上最常用的电镀方法，有利于工业化生产；材料制备条件要求低，易于操作；原料价格低廉，容易获得；电极材料具有极好的析氢催化性能，在1M NaOH溶液中进行析氢测试，在25mA/cm2的电流密度下，析氢过电位低于0.4V。

Description

二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法
技术领域
本发明涉及电气元件技术领域，特别涉及一种二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法。
背景技术
水电解制氢是实现工业化廉价制备氢气的重要手段，但该技术存在的最大问题是电能消耗大，使得生产成本偏高，造成电能消耗大的主要原因是电解电极的析氢过电位过高，因此研究降低析氢过电位来降低电解能耗尤为重要。目前用于电解水的电极材料存在价格昂贵、比表面不大、电催化活性不高等缺点，导致电解电极析氢电位过高能耗过大，严重制约了电解水法制氢技术的发展。电极材料，尤其是阴极材料对析氢性能的影响尤为重要。目前广泛采用的电催化析氢活性电极有：(1)铁基合金析氢电极；(2)镍基合金析氢电极；(3)贵金属修饰析氢电极。此外，其他一些析氢电极还有：稀土元素修饰析氢电极、高聚物修饰析氢电极等。这些材料都被应用于降低析氢过电位，提高催化性能。
前面所述的析氢材料虽然在一定程度上降低了析氢过电位，但是这些材料有的价格昂贵，而且析氢性能仍然不理想，距离大规模的工业化应用存在一定的局限性。因此，寻找一种廉价易得，电催化性能优良的电极材料迫在眉睫。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
纳米科技的发展为传统材料的技术升级提供了新的发展机遇，纳米粒子由于其高比表面积、易于制备等特点，可用于改善材料的质量，提高材料的比表面积，使得传统材料具有极好的催化性能，本发明由此提供了以下技术方案：
一种二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法，其包括以下步骤：
a.取硫酸钴、钨酸钠、硫酸钠、柠檬酸、硼酸、二氧化钛纳米管、表面活性剂配制成混合溶液，用氨水调节PH至4-8；
b.将配制好的混合溶液采用三电极体系，在铜基底上进行电沉积，即可获得二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层。
进一步，所述硫酸钴的浓度为0.05-0.2M；所述钨酸钠的浓度为0.05-0.25M；所述硫酸钠的浓度为0.1-0.4M；所述柠檬酸的浓度为0.1-0.5M；所述硼酸的浓度为0.1-0.2M；所述二氧化钛纳米管的浓度为0.01-0.1M；所述表面活性剂的浓度为0.01-0.1g/l。
进一步，所述氨水浓度为1M。
进一步，步骤a所述混合溶液在室温环境下配制而成。
进一步，步骤b所述电沉积工艺在45℃的水浴条件下进行。
进一步，所述电沉积参数为：电流密度100mA/cm2，电镀时间为1800s。
本发明与现有技术相比具有优点：
1.采用工业上最常用的电镀方法，有利于工业化生产；
2.材料制备条件要求低，易于操作；
3.原料价格低廉，容易获得；
4.电极材料具有极好的析氢催化性能，在1M NaOH溶液中进行析氢测试，在25mA/cm2的电流密度下，析氢过电位低于0.4V。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，但是本发明并不限于这些实施例。
实施例1
本实施例中，首先配制电解液：在室温下配制硫酸钴0.08M，钨酸钠0.09M，硫酸钠0.15M、柠檬酸0.15M、硼酸0.13M、二氧化钛纳米管0.01M、表面活性剂0.1g/l的混合溶液，用1M的氨水调节PH＝4。将配置好的溶液在45℃的水浴条件下，采用三电极体系，在1×1cm2的铜基底上进行电沉积，电流密度设为100mA/cm2,电镀时间为1800s。
将得到的电极作为阴极在1MNaOH溶液中进行循环伏安测试，测试温度为25℃，在电流密度为25mA/cm2时，其过电位只有0.38V。
实施例2
本实施例中，首先配制电解液：在室温下配制硫酸钴0.08M，钨酸钠0.09M，硫酸钠0.15M、柠檬酸0.15M、硼酸0.13M、二氧化钛纳米管0.05M、表面活性剂0.1g/l的混合溶液，用1M的氨水调节PH＝4。将配置好的溶液在45℃的水浴条件下，采用三电极体系，在1×1cm2的铜基底上进行电沉积，电流密度设为100mA/cm2,电镀时间为1800s。
将得到的电极作为阴极在1MNaOH溶液中进行循环伏安测试，测试温度为25℃，在电流密度为25mA/cm2时，其过电位只有0.34V。
实施例3
本实施例中，首先配制电解液：在室温下配制硫酸钴0.06M，钨酸钠0.25M，硫酸钠0.15M、柠檬酸0.15M、硼酸0.13M、二氧化钛纳米管0.08M、表面活性剂0.1g/l的混合溶液，用1M的氨水调节PH＝4。将配置好的溶液在45℃的水浴条件下，采用三电极体系，在1×1cm2的铜基底上进行电沉积，电流密度设为100mA/cm2,电镀时间为1800s。
将得到的电极作为阴极在1MNaOH溶液中进行循环伏安测试，测试温度为25℃，在电流密度为25mA/cm2时，其过电位只有0.3V。
实施例4
本实施例中，首先配制电解液：在室温下配制硫酸钴0.1M，钨酸钠0.2M，硫酸钠0.15M、柠檬酸0.1M、硼酸0.15M、二氧化钛纳米管0.08M、表面活性剂0.1g/l的混合溶液，用1M的氨水调节PH＝6。将配置好的溶液在45℃的水浴条件下，采用三电极体系，在1×1cm2的铜基底上进行电沉积，电流密度设为100mA/cm2,电镀时间为1800s。
将得到的电极作为阴极在1MNaOH溶液中进行循环伏安测试，测试温度为25℃，在电流密度为25mA/cm2时，其过电位只有0.36V。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.取硫酸钴、钨酸钠、硫酸钠、柠檬酸、硼酸、二氧化钛纳米管、表面活性剂配制成混合溶液，用氨水调节PH至4-8；
b.将配制好的混合溶液采用三电极体系，在铜基底上进行电沉积，即可获得二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层；
所述硫酸钴的浓度为0.05-0.2M；所述钨酸钠的浓度为0.05-0.25M；所述硫酸钠的浓度为0.1-0.4M；所述柠檬酸的浓度为0.1-0.5M；所述硼酸的浓度为0.1-0.2M；所述二氧化钛纳米管的浓度为0.01-0.1M；所述表面活性剂的浓度为0.01-0.1g/l。
2.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法，其特征在于，所述氨水浓度为1M。
3.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法，其特征在于，步骤a所述混合溶液在室温环境下配制而成。
4.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法，其特征在于，步骤b所述电沉积工艺在45℃的水浴条件下进行。
5.根据权利要求1所述的二氧化钛纳米管掺杂的钴钨合金电沉积镀层的制备方法，其特征在于，所述电沉积参数为：电流密度100mA/cm2，电镀时间为1800s。
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