[发明专利]一种表面沉积纳米银薄膜的泡沫镍、制备方法及其应用

说明书

一种表面沉积纳米银薄膜的泡沫镍、制备方法及其在硫碘(S‑I)循环本生反应(Bunsen)产物电解制氢中的应用，属于纳米合成技术领域。本发明是将表面处理后的泡沫镍用高温胶带固定到金属热蒸发镀膜设备的蒸发架上，剪取适量银丝缠绕至钨丝上，固定至加热电路中；将金属热蒸发镀膜设备反应室抽真空，打开加热电路开关，在泡沫镍的一侧表面进行纳米银薄膜的沉积；沉积完成并降到室温后，将泡沫镍翻转，对其另一侧表面按前面操作步骤进行纳米银薄膜的沉积，纳米银薄膜的厚度为30～200nm。本发明利用热蒸发的方法使用微量银，在泡沫镍上沉积均匀纳米银薄膜，既起到保护泡沫镍不被腐蚀可反复利用，又提高了导电性和催化性能。

技术领域

本发明属于纳米合成技术领域，具体涉及一种表面沉积纳米银薄膜的泡沫镍、制备方法及其在硫碘(S-I)循环本生反应(Bunsen)产物电解制氢中的应用。

背景技术

上世纪初，随着世界工业的不断发展，使用化石燃料造成的气候变化和环境污染使人们不得不考虑清洁能源和可再生资源。氢气作为一种替代能源，具有清洁和可再生的特点，因此大规模制氢成为了科研工作的重要目标，直至80年代，S-I热力学循环诞生，该反应体系被认为是大规模产氢的重要途径之一，因此研究者们对其反应过程进行了大量探究，最终明确其由三部分组成：Bunsen反应、硫酸分解反应及氢碘酸分解反应。其中，因硫酸及氢碘酸的分解需要大量的热，此项研究陷入了瓶颈，未能大范围推广应用。随着21世纪到来，电催化领域逐渐成熟，S-I循环重新映入科研工作者眼帘，十年间，采用Pt电极实现氢碘酸电解制氢的工作得到了迅猛的发展。相关研究发现，对比电解电压，氢碘酸显著低于水，这也促使其再次成为电催化领域的焦点。然而，由于Pt属于贵金属材料，存在产量少、成本高的显著问题，导致其尚未实现工业化生产。寻找一种兼具Pt耐酸、电催化能力强的优点且成本相对低廉的材料成为了一个崭新的研究方向。

泡沫镍作为基底具有多孔结构、高比表面积，导电性能优越等优点，但不耐酸溶液腐蚀。表面镀纳米银薄膜有效提升电子传输，且在酸溶液中不易被腐蚀，实现了保护泡沫镍的作用。

目前有关泡沫镍为基底作电催化剂的公开专利并不多，且能够在酸性电解液中实现催化性能的就更少了，简单介绍以下几种有相关技术的发明。

1、CN112080756A公开了一种刻蚀泡沫镍表面并通过化学沉积微量铂、铱纳米颗粒在分层的氢氧化镍间，由于过渡金属氢氧化镍与铂之间的协同作用，可提升水的分解速率，实现在碱性和中性电解液中高效析氢，且具有优异的稳定性。可应用于金属/海水体系电解制氢。

2、CN111912890A公开了一种纳米银/碳量子点沉积修饰泡沫镍电极。利用纳米银的高电催化性、良好的生物相容性，与碳量子点特殊的高比表面积、多活性位点的协同作用，所得复合材料比单一材料修饰泡沫镍电极更灵敏、检测范围更广，能够更稳定的应用于电化学检测中。

3、CN111235600A公开了一种表面修饰铁离子掺杂氧化钨水合物的泡沫镍催化电极。由于水热合成后，此电极表面形成的氧化钨水合物为四棱锥状，在电极表面的尖端放电效应大大降低了在碱性电解制氢中的工作电压，有望代替贵金属在析氢反应中应用。

4、CN109267117A公开了一种表面多级纳米复合结构的泡沫镍催化电极。采用电沉积方法在泡沫镍上负载铜纳米线并复合氢氧化钴纳米片。通过调整铜盐溶液浓度为0.05～2.5mol/L、酸浓度为0.1～3.5mol/L、金属盐溶液中镍盐与钴盐的摩尔比为1：10～10：1、总金属离子浓度为0.005～0.5mol/L等条件，取最优条件。此电极在碱性水溶液中具有高比表面积、高容量、高电化学活性和较好的循环稳定性的优势，可用在诸多电催化领域。

发明内容

本发明是为了提供一种抗强酸溶液腐蚀的表面沉积纳米银薄膜的泡沫镍、制备方法及其在本生反应产物电解制氢(S-I循环)中的应用。本发明是利用金属热蒸发的方法，在泡沫镍表面蒸镀一层均匀的银薄膜。

本发明所述一种表面沉积纳米银薄膜的泡沫镍的制备方法，其步骤如下：