[发明专利]一种利用离子液体电沉积制备Ni-Mo-P纳米合金薄膜电极的方法

说明书

本发明涉及一种利用离子液体电沉积制备Ni‑Mo‑P纳米合金薄膜电极的方法，该方法成功解决了传统水溶液电沉积制备镍基合金薄膜电极存在的电流效率低，废液产量高、薄膜组织粗大以及氢致缺陷高等问题。离子液体电沉积制备Ni‑Mo‑P纳米合金薄膜电极的方法包括以下步骤，将磷酸盐、柠檬酸、钼盐、镍盐分别加入氯化胆碱和乙二醇混合的离子溶剂中，得到离子镀液；以黄铜片为基板，通过恒电流法在黄铜片上电沉积制备Ni‑Mo‑P纳米合金薄膜电极，其中，磷酸盐为NaH₂PO₂、钼盐为(NH₄)₆Mo₇O₂₄、镍盐为NiCl₂，镀液温度为60～80℃；电流密度为5～50mA/cm²，电沉积的时间为3～7min。本发明制备的Ni‑Mo‑P合金薄膜电极具有良好的析氢催化性能（η₂₀₀=169mV,b=51.2mV/dec）。

技术领域

本发明涉及离子液体电沉积制备三元纳米合金薄膜的方法，具体涉及一种利用离子液体电沉积制备Ni-Mo-P纳米合金薄膜电极的方法。

背景技术

电解水制氢是目前最受欢迎的制氢技术之一，但是由于阴极析氢电极电位较理论电位高，使得电解水制氢能耗偏高。贵金属Pt、Ru及其合金对析氢反应具有加速作用，但因为储量有限，且价格昂贵，无法推广应用，因此，开发成本低廉，性能优异的析氢电极催化材料对于电解水制氢工业具有重要的意义。通常，析氢反应的标准电极电位是（0 V vs.RHE），因此衡量析氢催化剂催化能力好坏的指标有（1）析氢反应过电位（2）析氢反应动力学（Tafel斜率）。根据Engel-Brewer价键理论，二元镍基合金中，Ni-Mo合金对于析氢具有良好的电催化协同作用，析氢催化效果显著，成为电解水制氢电极材料关注的热点。然而，其抗反向电流氧化能力较弱，易生成多价态Mo的氧化物，影响催化析氢稳定性。另外，现有镍合金材料主要以水溶剂型镀液通过电沉积方法制备，然而，该沉积过程存在以下问题（1）镀液成分复杂，其中部分络合剂具有一定的毒性；（2）提高合金中Mo和P含量常伴阴极剧烈的析氢副反应，电流效率低，（3）阴极副反应会造成镀层“氢脆”和针孔；（4）合金镀层结晶组织粗大，网状裂纹多，易剥落；（5）镀层材料析氢催化活性不突出、稳定性差等一系列问题；水溶液电镀液必须加入镀液稳定剂、乳化剂以及pH缓冲剂等添加剂，不然电镀液极易分解、pH变化幅度大，影响电镀正常进行。

发明内容

本发明的目的是解决传统水溶剂型电解液电沉积制备Ni-Mo-P合金存在的镀液成分不稳定、镀层沉积效率低、镀层氢致缺陷高、组织粗大等一系列问题，提出利用离子液体溶剂电沉积制备Ni-Mo-P纳米合金薄膜电极的方法，该方法涉及的离子液体环保、无毒，电化学窗口宽，获得的镀层结晶组织细小，析氢催化活性显著。

一种利用离子液体电沉积制备Ni-Mo-P纳米合金薄膜电极的方法，包括以下步骤，将磷酸盐、柠檬酸、钼盐、镍盐分别加入氯化胆碱和乙二醇混合的离子溶剂中，得到离子镀液；以金属片为基板，通过恒电流法在金属片上电沉积制备Ni-Mo-P纳米合金薄膜电极。

本发明中，磷酸盐为NaH₂PO₂、钼盐为(NH₄)₆Mo₇O₂₄、镍盐为NiCl₂。优选的，将氯化胆碱和乙二醇混合后，依次加入柠檬酸、钼铵盐、磷酸盐、镍盐。进一步优选的，氯化胆碱、乙二醇的摩尔比为1∶（1～3），优选为1:2。