一种掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金及制备方法
阅读说明：本技术 一种掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金及制备方法 (Foam nickel-molybdenum alloy doped with carbon quantum dots and preparation method thereof ) 是由 朱日龙 李国希 柳栋宝 童春义 王朝阳 潘亮 于 2020-12-31 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金及制备方法,该方法包括以下步骤：(1)按照已知配方制备一份电沉积泡沫镍钼合金的电镀液；(2)采用葡萄糖水热法制备葡萄糖碳量子点溶液；(3)将葡萄糖碳量子点冷冻干燥成碳量子点固体,并将其研磨成碳量子点粉末后加入步骤(1)所得的溶液中以得到电沉积溶液；(4)以镍、钼为阳极,泡沫镍为阴极,放置于所述电沉积溶液中,采用单阴极、二阳极的方式进行电沉积；(5)将上述溶液加热到35～55℃,以表观阴极电流密度110～130mA/cm～2进行电沉积。利用该方法制备的掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金具有镀层质量好、析氢效果好、稳定性强且含钼量高的有益效果。(The invention discloses a foamed nickel-molybdenum alloy doped with carbon quantum dots and a preparation method thereof, wherein the method comprises the following steps: (1) preparing a bath of electrodeposited foamed nickel molybdenum alloy according to known formulations; (2) preparing a glucose carbon quantum dot solution by adopting a glucose hydrothermal method; (3) freeze-drying glucose carbon quantum dots into carbon quantum dot solids, grinding the carbon quantum dot solids into carbon quantum dot powder, and adding the carbon quantum dot powder into the solution obtained in the step (1) to obtain an electrodeposition solution; (4) putting nickel and molybdenum as anodes and foamed nickel as cathodes in the electrodeposition solution, and performing electrodeposition in a single-cathode and two-anode mode; (5) heating the solution to 35-55 ℃ at an apparent cathode current density of 110-130 mA/cm 2 To carry outAnd (4) electrodeposition. The foam nickel-molybdenum alloy doped with the carbon quantum dots prepared by the method has the beneficial effects of good coating quality, good hydrogen evolution effect, strong stability and high molybdenum content.)
技术领域
本发明涉及析氢材料制备技术领域，特别是涉及一种掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金的制备方法。
背景技术
化石能源的持续消耗导致储量逐渐下降，最终将导致其枯竭，这促使人们寻找其他类型的新能源。氢是一种理想的新能源，可以替代部分化石燃料。水电解产生氢是获取氢能的重要方法之一，但它需要高性能的电催化剂。铂和铂基金属具有高电催化活性，但其应用受到高成本的限制。因此，迫切需要开发具有高析氢反应活性、耐用、廉价的催化材料。最近，人们为开发过渡金属(例如镍，钴，铁，钼)合金及其碳化物、氮化物、硫化物和磷化物作了许多努力。特别是具有独特结构的泡沫镍由于具有较高催化活而受到广泛关注。而且，通过加入其它金属可以进一步提高泡沫镍的性能，如将钼加入到泡沫镍中形成镍钼合金，这是由于不同金属之间可以产生协同效应。因此，双金属催化剂通常更具活性。
在常见的二元合金材料中，镍钼合金的析氢活性比镍钴合金、镍钨合金、镍铁合金都好。其中镍钼合金中钼含量是决定合金析氢性能的关键，但常规的方法难以实现较高浓度的沉积，限制了镍钼合金的应用和析氢效果。因此，提高镍钼合金中钼含量和分散程度，有望提升其析氢性能。
前面的叙述在于提供一般的背景信息，并不一定构成现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镀层质量好、析氢效果佳、稳定性强且钼含量高的泡沫镍钼合金及制备方法。
本发明提供一种掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金的制备方法，该方法包括以下步骤：
(1)提供碳量子点粉末以及电沉积泡沫镍钼合金的电镀液，将碳量子点粉末后加入电沉积泡沫镍钼合金的电镀液中配成电沉积溶液；
(2)提供泡沫镍，将泡沫镍放置于所述电沉积溶液中，以镍、钼为阳极，泡沫镍为阴极，采用单阴极、二阳极的方式进行电沉积；
(3)将上述溶液加热到35～55℃，以表观阴极电流密度110～130mA/cm2进行电沉积。
进一步地，步骤(1)中所述碳量子点粉末在电沉积溶液中浓度为50～150 mg/L。
进一步地，步骤(1)中所述碳量子点粉末在电沉积溶液中浓度为80～120 mg/L。
进一步地，步骤(1)中所述碳量子点粉末的制备方法包括：采用葡萄糖水热法制备葡萄糖碳量子点溶液；将葡萄糖碳量子点溶液经过冷冻干燥制得碳量子点固体，并将其研磨成碳量子点粉末。
进一步地，步骤(1)中所述电镀液包括镍盐与钼盐，所述镍盐与钼盐的分子比范围为6：1～10：1。
进一步地，步骤(1)中所述镍盐与钼盐为硫酸镍与钼酸铵，所述电镀液还包括去离子水、硫酸镍、钼酸铵、柠檬酸三钠、氯化钠、25％氨水、1,4-丁炔二醇和糖精。
进一步地，步骤(2)所述的电沉积前，对所述阴极进行除油、除锈和活化；阳极用硝酸进行活化。
一种掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金，由上述的制备方法制备而成。
进一步地，该材料作为阴极实现高效析氢。
本发明提供的掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金的制备方法具有镀层质量好、析氢效果好、稳定性强且含钼量高的有益效果。
(1)采用单阴极、二阳极的方式进行电沉积。由于镍和钼的阳极溶解电流效率远高于镍和钼的阴极沉积电流效率，通过调整镍、钼阳极的电压以控制电流密度，从而维持电沉积溶液中的镍离子和钼离子浓度的稳定，电沉积质量稳定的泡沫镍钼合金。
(2)本制备方法在所用配方中，加入了葡萄糖碳量子点。碳量子点的加入增加了泡沫镍基底的表面积，为更多钼颗粒的沉积提供了空间，并且为氢气的吸附和脱附提供了更大的空间。同时，碳量子点本身也是有着低析氢过电位的物质，也会对泡沫镍钼合金析氢过电位的降低起到帮助。
(3)本制备方法电沉积过程中的温度控制在35～55℃，表观阴极电流密度为110～130mA/cm2，偏离这个温度范围或电流密度范围，都会导致电沉积的掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金的析氢活性大大降低。
(4)本制备方法制得的掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金析氢效果好，能耗低。在25℃，5M的H2SO4溶液中，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的电位(vs SHE)可达-0.085V。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
实施例1
本实施例中，掺杂碳量子点的泡沫镍钼合金的制备方法是在泡沫镍基体上电沉积镍钼合金并掺杂碳量子点，该方法所用的电沉积液配方包括硫酸镍、钼酸铵、柠檬酸三钠、氯化钠、质量分数为25％的氨水、1,4-丁炔二醇、糖精、葡萄糖碳量子点。该方法包括以下步骤：
(1)按照已知配方制备一份电沉积泡沫镍钼合金的电镀液，电镀液的主要成分有去离子水、硫酸镍、钼酸铵、柠檬酸三钠、氯化钠、25％氨水(质量分数)、1,4-丁炔二醇和糖精；
(2)采用葡萄糖水热法制备葡萄糖碳量子点溶液；
(3)将葡萄糖碳量子点溶液经过冷冻干燥制得碳量子点固体，并将其研磨成碳量子点粉末后加入步骤(1)所得的溶液中以得到电沉积溶液；
(4)以镍、钼(可以是块、棒，也可以是颗粒状，用网篮兜住)为阳极，泡沫镍为阴极，采用单阴极、二阳极的方式进行电沉积；
(5)将上述溶液加热到35～55℃，以表观阴极电流密度110～130mA/cm2进行电沉积。
所述步骤(1)中硫酸镍、钼酸铵、柠檬酸三钠、氯化钠、25％氨水(质量分数)、1,4-丁炔二醇和糖精在每升电沉积溶液中分别为80g、10g、160g、 10g、30ml、0.1g、0.5g。
所述步骤(3)中碳量子点粉末在每升电沉积溶液中为100mg。
在步骤(4)所述的电沉积之前对所述的阴极进行除油、除锈和活化；阳极用硝酸进行活化。
步骤(5)中溶液温度为45℃，表观阴极电流密度为115mA/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.085V，能满足工业生产需要。
实施例2
与实施例1不同的是，该方法步骤(5)中溶液温度为35℃，表观阴极电流密度为110mA/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.1V，能满足工业生产需要。
实施例3
与实施例1不同的是，该方法步骤(5)中溶液温度为55℃，表观阴极电流密度为130mA/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.1V，能满足工业生产需要。
实施例4
与实施例1不同的是，该方法所用配方中每升电沉积溶液中碳量子点为 50mg。
步骤(5)中溶液温度为45℃，表观阴极电流密度为115m A/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.11V，能满足工业生产需要。
实施例5
与实施例1不同的是，该方法所用配方中每升电沉积溶液中碳量子点为 50mg。
步骤(5)中溶液温度为35℃，表观阴极电流密度为110m A/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.13V，能满足工业生产需要。
实施例6
与实施例1不同的是，该方法所用配方中每升电沉积溶液中碳量子点为 50mg。
步骤(5)中溶液温度为55℃，表观阴极电流密度为130m A/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.13V，能满足工业生产需要。
实施例7
与实施例1不同的是，该方法所用配方中每升电沉积溶液中碳量子点为150mg。
步骤(5)中溶液温度为45℃，表观阴极电流密度为115m A/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.09V，能满足工业生产需要。
实施例8
与实施例1不同的是，该方法所用配方中每升电沉积溶液中碳量子点为 150mg。
步骤(5)中溶液温度为35℃，表观阴极电流密度为110m A/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.11V，能满足工业生产需要。
实施例9
与实施例1不同的是，该方法所用配方中每升电沉积溶液中碳量子点为 150mg。
步骤(5)中溶液温度为55℃，表观阴极电流密度为130m A/cm2。
利用上述方法得到的电沉积层质量好，电沉积溶液体系稳定，操作方便，空气污染小，根据极化曲线测得的阴极电流密度200A/m2时的标准电位可达 -0.11V，能满足工业生产需要。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，除了包含所列的那些要素，而且还可包含没有明确列出的其他要素。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。