[发明专利]一种镍钴普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种镍钴普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将预处理后的碳纤维纸为基底，浸入到钴氰化钾、六水合硝酸镍、硝酸钾、稀盐酸和硼酸组成的电解液A中，采用电化学沉积方法，在基底上原位生长镍钴类普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料。通过调整电化学沉积法的方法以及电化学沉积法的条件来调控纳米材料的生长，首次通过电化学沉积法在基底上获得大小均匀形貌稳定的镍钴纳米颗粒，完善了电化学沉积法制备类普鲁士蓝纳米颗粒的体系，为今后研究电化学沉积法制备技术提供了全新思路。

技术领域

本发明属于薄膜材料制备技术领域，涉及一种镍钴普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料及其制备方法。

背景技术

氢气由于其密度高、清洁无污染，是解决能源危机最有希望的办法。电化学分解水是制备高纯度氢气的不二之选，然而其反应动力学势垒较高，尤其是阳极析氧反应（OER）涉及4电子转移过程，反应过电位较高，因此需要性能优异的催化剂。目前工业上常将贵金属（Pt、Ir、Ru等）基催化剂用于水电解制氢，然而贵金属地脉储备有限、价格高昂限制了其大规模商用。为此开发价格低廉、工艺简单、稳定耐用的电催化非常关键。

普鲁士蓝色类似物（PBA）作为典型的过渡金属有机框架（MOF）材料，其结构与普鲁士蓝（PB）相似，可以通过选择适当的过渡金属离子(Co、Fe、Ni、Mn、Pt、Cr等)来取代普鲁士蓝中的二价铁离子和三价铁离子来制备，其具有与普鲁士蓝一样的性能：可控孔结构、比表面积大、热稳定性好、成本低、易于制备等，广泛用作能量储存和转化中的三维纳米结构前驱体。

最近的研究表明，通过普鲁士蓝类似物制备纳米薄膜材料在电化学能源存储技术领域应用成为目前的研究热点；其中，包括镍铁普鲁士蓝类似物、铁钴普鲁士蓝类似物等制备的纳米薄膜材料均具有较好的稳定性和孔隙结构，但关于镍钴普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料的相关研究较少。然而，目前研究技术中存在的技术难题为由于镍钴普鲁士蓝类似物的沉积对pH的值要求条件苛刻，无法通过控制调节电解液的氢离子溶度成功制备出镍钴普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种镍钴普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料及其制备方法，通过用硼酸维持电解液的pH值稳定性，进而调整电化学沉积法的制备方法以及电化学沉积法的条件来调控纳米材料的生长，通过电化学沉积法在基底上获得大小均匀形貌稳定的镍钴纳米颗粒。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种镍钴普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将预处理后的碳纤维纸为基底，浸入到钴氰化钾、六水合硝酸镍、硝酸钾、稀盐酸和硼酸组成的电解液A中，采用电化学沉积方法，在基底上原位生长镍钴类普鲁士蓝类似物纳米薄膜材料。

优选的，所述预处理的具体过程为：将碳纤维纸置于硫酸溶液中，采用循环伏安法对碳纤维纸进行活化。

优选的，所述硫酸溶液的浓度为2～3 mol/L。

优选的，所述电解液A的pH值为3.0～4.0。

优选的，所述电解液A中钴氰化钾的摩尔浓度为0.13～0.975 mmol/L，六水合硝酸镍的摩尔浓度为0.13～0.975 mmol/L，硝酸钾的摩尔浓度为2.5 mol/L，稀盐酸的摩尔浓度为10 mmol/L，硼酸的质量浓度为25～35 g/L。

优选的，所述钴氰化钾、六水合硝酸镍、硝酸钾、稀盐酸和硼酸的用量比为：20 ml：20 ml：15 ml：3～5 ml：1.5～3 g。

优选的，所述电化学沉积方法采用循环伏安法；所述电化学沉积方法采用三电极体系，所述三电极体系包括工作电极、对电极和参比电极。

优选的，所述工作电极采用基底、对电极采用铂丝，参比电极采用饱和Ag/AgCl，所述参比电极的电势范围为-1.6～1.6 V。