一種用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)一種用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法，先將導(dǎo)電金剛石清洗，將清洗后的導(dǎo)電金剛石裝入陽極袋中并放入電鍍鍍液中；先對導(dǎo)電基體進行除油，除油后進行化學(xué)活化，化學(xué)活化后對導(dǎo)電基體進行陽極極化，然后進行預(yù)鍍鎳；將所得的預(yù)鍍鎳后的導(dǎo)電基體旋轉(zhuǎn)插入裝在陽極袋中的導(dǎo)電金剛石中并作為陰極，鎳板作為陽極，電鍍液為鍍鎳溶液，進行電鍍作業(yè)；將上述上砂后的導(dǎo)電基體進行鍍鎳加固；將上述加固后的導(dǎo)電金剛石電極在氮氣保護下浸入熔鹽中5-24h，得到用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極。通過本發(fā)明專利技術(shù)的方法獲得的導(dǎo)電金剛石電極具有高催化活性和耐腐蝕性，電化學(xué)窗口寬，可作為熔鹽電解中理想的陽極材料。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法
本專利技術(shù)屬于電學(xué)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合電極，具體來說是一種用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法。
技術(shù)介紹
金剛石具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，且穩(wěn)定性好，所以金剛石可以在電化學(xué)分析中替代常規(guī)的碳電極等常規(guī)電極。金剛石本身具有高電阻，是一種絕緣體。但是，經(jīng)過特殊處理的金剛石，如摻硼等，可以使金剛石的電阻位于高導(dǎo)電金屬與半導(dǎo)體電阻之間，導(dǎo)電金剛石為化學(xué)性質(zhì)非常穩(wěn)定的物質(zhì)，對氧化的耐久性優(yōu)良，可以作為一些極端條件下的電極，如它可以用于以高電流密度電解含有強氧化性物質(zhì)的電解液和高溫熔鹽電解條件下這樣的苛刻的用途。近年來，導(dǎo)電性金剛石作為水處理用及電分解用電極備受矚目。導(dǎo)電金剛石電極與常規(guī)電極相比，它具有較寬的電位窗口，可用作電極時產(chǎn)生低背景電流。導(dǎo)電金剛石電極能夠檢測出發(fā)生在高電位時的電化學(xué)氧化作用因為它具有較寬的電位范圍。目前制備導(dǎo)電金剛石電極主要是通過諸如HFCVD和MWCVD的工藝形成在基板上。對于任何一種情況，用于導(dǎo)電金剛石膜的基板需要在涂敷環(huán)境的氫氣氛下經(jīng)受約1000攝氏度的高溫，以保持對導(dǎo)電金剛石膜的粘附性。上述方法制備的導(dǎo)電金剛石電極是金剛石膜，很難保證得到無孔質(zhì)的金剛石層。此外，由于萬一在金剛石層產(chǎn)生裂縫時金屬基板溶出到電解液，則會導(dǎo)致發(fā)生電極的劣化。通常為了解決電極破裂問題，與碳電極相似，需要用鎳涂覆與饋電匯流條的結(jié)合處。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)提供了一種用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法，所述的這種用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法解決了現(xiàn)有技術(shù)中的方法制備的導(dǎo)電金剛石電極很難保證得到無孔質(zhì)的金剛石層，容易導(dǎo)致發(fā)生電極劣化的技術(shù)問題。本專利技術(shù)提供了一種用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法，包括以下步驟：1）一個導(dǎo)電金剛石前處理的步驟，將導(dǎo)電金剛石放入飽和NaOH溶液中煮沸1-3h后，用蒸餾水沖洗導(dǎo)電金剛石至殘留液中性；將上述處理過的導(dǎo)電金剛石放入HNO3溶液中煮沸20-180min后，用蒸餾水沖洗導(dǎo)電金剛石；將上述清洗后的導(dǎo)電金剛石浸入鍍液中過夜；然后將上述浸入鍍液的導(dǎo)電金剛石裝入陽極袋中并放入電鍍鍍液中；2）一個導(dǎo)電基體前處理的步驟，取有機溶劑淹沒導(dǎo)電基體并放入超聲波清洗儀中超聲20min-180min；將上述導(dǎo)電基體取出放入盛有化學(xué)除油液的容器中，將容器放入恒溫水浴鍋中1-5h；取出上述導(dǎo)電基體，先用35~55℃熱水反復(fù)沖洗，再用常溫蒸餾水反復(fù)沖洗；將上述清洗后的導(dǎo)電基體用夾具固定好后浸入到50-200g/L的HCl溶液中30-90s中活化；以上述活化后的導(dǎo)電基體為陽極，鉛板或鈦板為陰極，電解液是質(zhì)量分數(shù)為1%-10%的H2SO4水溶液，電流密度為1A/dm2-10A/dm2進行電化學(xué)活化，活化時間為10s-60s，活化次數(shù)為1-4次；以上述陽極極化后的導(dǎo)電基體為陰極，鎳板為陽極，電鍍液為含NiSO4?6H2O和HCl的混合溶液，電流密度為1-10A/dm2，時間為2-8min，預(yù)鍍鎳層的厚度控制在2~5微米；3）一個上砂的步驟，將步驟（2）所得的預(yù)鍍鎳后的導(dǎo)電基體旋轉(zhuǎn)插入步驟（1）中裝在陽極袋中的導(dǎo)電金剛石中并作為陰極，鎳板作為陽極，電鍍液為鍍鎳溶液，進行電鍍作業(yè)，上砂電流密度為0.25-1A/dm2，上砂鍍層厚度為導(dǎo)電金剛石粒徑的5%-20%；4）一個鍍鎳加固的步驟，將上述上砂后的導(dǎo)電基體進行電化學(xué)鍍鎳加固或是化學(xué)鍍鎳加固，加固鎳層厚度為導(dǎo)電金剛石粒徑的15%-30%；5）一個浸入熔鹽鈍化的步驟，將上述加固后的導(dǎo)電金剛石電極在氮氣保護下浸入熔鹽中5-24h，得到用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極。進一步的，所述的導(dǎo)電金剛石還可以是摻硼的金剛石或者碳化硼。進一步的，所述的NaOH溶液的質(zhì)量分數(shù)為20%-34%。進一步的，所述的HNO3溶液是按照蒸餾水體積：濃HNO3體積=1：0.5-1配置的，所述的濃硝酸的質(zhì)量百分比濃度為50~90%。進一步的，所述的陽極袋應(yīng)具有耐酸耐堿透水性好的性能。進一步的，所述的導(dǎo)電基體為鎳、銅、鐵、不銹鋼等高熔點金屬或者是涂覆鎳、銅、鐵、不銹鋼等高熔點金屬或高熔點導(dǎo)電材料。進一步的，所述的有機溶劑為丙酮、苯類、酒精、或者四氯化碳等；所述的有機溶劑除油時間為20min-180min。進一步的，所述的化學(xué)除油液為堿液除油，堿液除油配方及水浴鍋溫度根據(jù)導(dǎo)電基體材料不同而不同，具體參見電鍍手冊第三版堿液除油工藝規(guī)范。進一步的，所述的上砂電鍍液為常見的鍍鎳配方溶液，包括瓦特鍍鎳液、氨基磺酸鹽鍍鎳液、檸檬酸鹽鍍鎳液、氟硼酸鹽鍍鎳液、焦磷酸鹽鍍鎳液等。進一步的，所述的加固電化學(xué)鍍鎳液同上砂電鍍鎳液。進一步的，所述的熔融鹽包括熔融NaOH、熔融NaCO3、及二者熔融鹽混合物、熔融的LiCl-KCl等常見的熔融鹽體系。所述的熔鹽鈍化時間為5-24h。進一步的，步驟3）中的電鍍液為含NiSO4?6H2O、質(zhì)量百分比濃度為38%HCl的混合溶液，NiSO4?6H2O在電鍍液中的濃度為250g/L，38%HCl在電鍍液中的濃度為120mL/L。本專利技術(shù)的Ni-導(dǎo)電金剛石電極是由導(dǎo)電金剛石通過復(fù)合鍍的方法和導(dǎo)電基體結(jié)合制成的，然后通過高溫使得到的導(dǎo)電金剛石電極的導(dǎo)電基體上未復(fù)合鍍上導(dǎo)電金剛石的表面鈍化，從而使得Ni-導(dǎo)電金剛石電極電化學(xué)催化界面只是發(fā)生在導(dǎo)電金剛石表面。其結(jié)構(gòu)包括：導(dǎo)電金剛石，Ni復(fù)合鍍層，導(dǎo)電基體。該導(dǎo)電金剛石電極的結(jié)構(gòu)簡單，尺寸大小可任意控制，制備容易，復(fù)合鍍層使得導(dǎo)電金剛石不容易和導(dǎo)電基體剝離，可以防止金剛石層剝離引起的電極劣化。該導(dǎo)電的金剛石電極具有高催化活性和耐腐蝕性，電化學(xué)窗口寬，可作為熔鹽電解中理想的陽極材料。本專利技術(shù)和已有技術(shù)相比，其技術(shù)進步是顯著的。本專利技術(shù)的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合鍍法可以將導(dǎo)電金剛石微粒固定至導(dǎo)電的基底上面從而制備導(dǎo)電金剛石電極。與HFCVD和MWCVD法相比，電鍍制備導(dǎo)電金剛石電極具有工藝簡單，時間短，無基底尺寸限制等優(yōu)點。附圖說明圖1為實施例2中Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極在熔融NaOH中的循環(huán)伏安曲圖。圖2為實施例2中Ni絲電極在熔融NaOH中的循環(huán)伏安曲圖。圖3為實施例2中不銹鋼電極在熔融NaOH中的循環(huán)伏安曲圖。圖4為實施例2中Pt絲電極在熔融NaOH中的循環(huán)伏安曲圖。圖5為實施例2中石墨電極在熔融NaOH中的循環(huán)伏安曲圖。圖6為實施例2中Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極循環(huán)伏安測試前的掃描電鏡圖。圖7實施例2中Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極循環(huán)伏安測試后的掃描電鏡圖。圖8為實施例2中Ni絲電極循環(huán)伏安測試前的掃描電鏡圖。圖9為實施例2中Ni絲電極循環(huán)伏安測試后的掃描電鏡圖。圖10為實施例2不銹鋼電極循環(huán)伏安測試前的掃描電鏡圖。圖11為實施例2不銹鋼電極循環(huán)伏安測試后的掃描電鏡圖。圖12為實施例2Pt絲電極循環(huán)伏安測試前的掃描電鏡圖。圖13為實施例2Pt絲電極循環(huán)伏安測試后的掃描電鏡圖。圖14為實施例2石墨電極循環(huán)伏安測試前的掃描電鏡圖。圖15為實施例2石墨電極循環(huán)伏安測試后的掃描電鏡圖。具體實施方式下面通過具體實施例并結(jié)合附圖對本專利技術(shù)進一步闡述，但并不限制本專利技術(shù)。本專利技術(shù)所使用的掃描電鏡為日立生產(chǎn)的S-3400N掃描電子顯微鏡。電化學(xué)測試使用上海本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種用于熔鹽電解的Ni?導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1）一個導(dǎo)電金剛石前處理的步驟，將導(dǎo)電金剛石放入飽和NaOH溶液中煮沸1?3h后，用蒸餾水沖洗導(dǎo)電金剛石至殘留液中性；將上述處理過的導(dǎo)電金剛石放入HNO3溶液中煮沸20?180min后，用蒸餾水沖洗導(dǎo)電金剛石；將上述清洗后的導(dǎo)電金剛石浸入鍍液中過夜；然后將上述浸入鍍液的導(dǎo)電金剛石裝入陽極袋中并放入電鍍鍍液中；2）一個導(dǎo)電基體前處理的步驟，取有機溶劑淹沒導(dǎo)電基體并放入超聲波清洗儀中超聲20min?180min；將上述導(dǎo)電基體取出放入盛有化學(xué)除油液的容器中，將容器放入恒溫水浴鍋中1?5h；取出上述導(dǎo)電基體，先用35~55℃熱水反復(fù)沖洗，再用常溫蒸餾水反復(fù)沖洗；將上述清洗后的導(dǎo)電基體用夾具固定好后浸入到50?200g/L的HCl溶液中30?90s中活化；以上述活化后的導(dǎo)電基體為陽極，鉛板或鈦板為陰極，電解液是質(zhì)量分數(shù)為1%?10%的H2SO4水溶液，電流密度為1A/dm2?10A/dm2進行電化學(xué)活化，活化時間為10s?60s，活化次數(shù)為1?4次；以上述陽極極化后的導(dǎo)電基體為陰極，鎳板為陽極，電鍍液為含NiSO4??6H2O和HCl的混合溶液，電流密度為1?10A/dm2，時間為2?8min，預(yù)鍍鎳層的厚度控制在2~5微米；3）一個上砂的步驟，將步驟（2）所得的預(yù)鍍鎳后的導(dǎo)電基體旋轉(zhuǎn)插入步驟（1）中裝在陽極袋中的導(dǎo)電金剛石中并作為陰極，鎳板作為陽極，電鍍液為鍍鎳溶液，進行電鍍作業(yè)，上砂電流密度為0.25?1A/dm2，上砂鍍層厚度為導(dǎo)電金剛石粒徑的5%?20%；4）一個鍍鎳加固的步驟，將上述上砂后的導(dǎo)電基體進行電化學(xué)鍍鎳加固或是化學(xué)鍍鎳加固，加固鎳層厚度為導(dǎo)電金剛石粒徑的15%?30%；5）一個浸入熔鹽鈍化的步驟，將上述加固后的導(dǎo)電金剛石電極在氮氣保護下浸入熔鹽中5?24h，得到用于熔鹽電解的Ni?導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于熔鹽電解的Ni-導(dǎo)電金剛石復(fù)合電極的制備方法，其特征在于包括以下步驟：1）一個導(dǎo)電金剛石前處理的步驟，將導(dǎo)電金剛石放入飽和NaOH溶液中煮沸1-3h后，用蒸餾水沖洗導(dǎo)電金剛石至殘留液中性；將上述處理過的導(dǎo)電金剛石放入HNO3溶液中煮沸20-180min后，用蒸餾水沖洗導(dǎo)電金剛石；將上述清洗后的導(dǎo)電金剛石浸入鍍液中過夜；然后將上述浸入鍍液的導(dǎo)電金剛石裝入陽極袋中并放入電鍍鍍液中；2）一個導(dǎo)電基體前處理的步驟，取有機溶劑淹沒導(dǎo)電基體并放入超聲波清洗儀中超聲20min-180min；將上述導(dǎo)電基體取出放入盛有化學(xué)除油液的容器中，將容器放入恒溫水浴鍋中1-5h；取出上述導(dǎo)電基體，先用35~55℃熱水反復(fù)沖洗，再用常溫蒸餾水反復(fù)沖洗；將上述清洗后的導(dǎo)電基體用夾具固定好后浸入到50-200g/L的HCl溶液中30-90s中活化；以上述活化后的導(dǎo)電基體為陽極，鉛板或鈦板為陰極，電解液是質(zhì)量分數(shù)為1%-10%的H2SO4水溶液，電流密度為1A/dm2-10A/dm2進行電化學(xué)活化，活化時間為10s-60s，活化次數(shù)為1-4次；以上述陽極極化后的導(dǎo)電基體為陰極，鎳板為陽極，電鍍液為含Ni2SO4?6H2O和HCl的混合溶液，電流密度為1-10A/dm2，時間為2-8min，預(yù)鍍鎳層的厚度控制在2~5微米；3）一個上砂的步驟，將步驟（2）所得的預(yù)鍍鎳后的導(dǎo)電基體旋轉(zhuǎn)插入步驟（1）中裝在陽極袋中的導(dǎo)電金剛石中并作為陰極，鎳板作為陽極，電鍍液為鍍鎳溶液，進行電鍍作業(yè)，上砂電流密度為0.25-1A/dm2，上砂鍍層厚度為導(dǎo)電金剛石粒徑的5%-20%；4）一個鍍鎳加固的步驟，將上述上砂后的導(dǎo)電基體進行電化學(xué)鍍鎳加固或是化學(xué)鍍鎳加固，加固鎳層厚度為導(dǎo)電金剛石粒徑的15%-30%；5）一個浸入熔鹽鈍化的步驟，將上述加固后的導(dǎo)電金剛石電極在氮氣保護下浸入熔鹽中5-24h，得到用于熔鹽電解的N...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張全生，張立恒，馬可，尹佳佳，張偉，張道明，霍孟飛，任楨，張建輝，雷天輝，程素貞，黃海軍，賈李李，
申請(專利權(quán))人：上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31