[发明专利]在镍及其合金表面上的具有高催化活性的薄纳米结构层以及用于获得它们的方法

说明书

前言

本发明涉及在镍表面上生产的具有高催化能力的薄层和用于获得它们的方法，所述薄层的特征在于非常高的比表面积和它们包括基本上热稳定的纳米结构的事实。所述纳米结构层特征在于对于基底表面的高度粘附和对于温度和热冲击的高抗性。它们的催化性能由通过镍及其合金吸附氢及其同位素的容量和速度的提高来解释。

尤其是，通过由直接Ni/H₂接触的吸附技术，本发明使得能够快速和经济地获得在Ni中非常高的氢吸附值(H/Ni原子比≈0.7)。这些储存值开启了在燃料电池中利用镍作为氢源的可能性。

本发明还可以尤其用于对于以冷聚变或凝聚态物质核科学(Cold Fusion or Condensed Matter Nuclear Science)名义的、具有产生可能的核来源热目的的本领域技术人员已知的实验活动领域中。

背景技术

已知对于某些时候(例如M.L.Wyman et al.Bulletin of Alloy Phase Diagrams，Vol.10，No.5，1989)，氢在镍中的吸附(原子浓度：x＝H/Ni)很大程度上取决于原子氢(H)在与分子氢(H₂)的平衡中的活度(活性)。已知，该活度(活性)随温度和压力增加很慢。已发现在环境温度以及甚至在100MPa量级的H₂压下，该x＝H/Ni比大约是0.03。

为了获得H/Ni值和/或对于在可用于在前言中所描述目的的金属/气体体系中由镍吸附氢的比率的值，可能必须在远高于100MPa的压力下操作，这是要求复杂和高成本的技术。

如果吸附是通过电化学装置在Ni阴极进行，则情形完全改变。这是由于原子氢活度(活性)H的高值可以通过与适合的电化学操作联合进行而获得的事实，如，例如向电解质溶液加入H+H→H₂再化合反应的抑制剂、在各种电流密度下实施重复加载(阴极Ni)/释放(放电，discharge)(阳极Ni)循环。利用这些方法使用兰尼镍(Raney nickel)阴极已经达到0.7量级的H/Ni值(A.Visintin et al.，Electrochim.Acta(2006)51 3658)(Univ.degli Studi di Bergamo，Design and Technology Department，Report on Activities 2007)。

电化学加载(充电，charge)的有效性与0.2-0.5V的阴极过电压对应于每个原子0.2-0.5eV的能量的事实相关，其反过来对应于远高于100MPa的极高的等效H₂压，可以由电化学装置获得。

最近显示，沉积在其他金属如例如镁、稀土元素、锆上的镍纳米颗粒(Cooper D.et al.，Kona，vol.23，page 139-151(2005))极大地提高了氢吸附率。另一方面，其还显示钯纳米颗粒不仅极快地加载(充电，charge)，而且还达到了2-3的x＝H/Pd的加载(充电)水平，就是说是那些可以通过大块Pd的阴极加载(充电)所能达到的水平的2-3倍(Y.Arata and Y.Zhang：The special report on research project for creation of new energy.Journal of High Temperature Society，2008，No.1)(Y.Arata and Y.Zhang：Condensed Matter Nuclear Science，Proceedings of the 12th Int.Conference on Cold Fusion；ed.A.Takahashi，Y.Iwamura，and K.Ota.World Scientific 2006，pp.44-54.ISBN：981-256-901-4)