【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及電極制備領域，具體的說是一種具有納米片微結構的三維多尺度電極及其制備方法。
技術介紹
1、電解水是綠色制氫的關鍵技術，其零碳排放的產氫過程，將為未來低碳社會的發展提供保障。直接電解水制氫需消耗大量的能量，且電解效率較低，開發高效的電催化劑，從而促進水解離，降低能耗，提升效率，是目前電解水制氫領域的研究趨勢。
2、電催化水分解過程由兩個半反應組成，即2電子的產氫反應(her)和4電子產氧反應(oer)，其中oer的四電子過程所需能耗更高，而且反應過程中電解質溶液局部為氧化環境，更易導致催化劑氧化，降低反應性能。另外，目前絕大多數電催化劑為粉末狀，在測試時需將其涂覆在泡沫鎳、碳紙等載體上才可實現電催化產氧效果，然而在長期測試或大電流工作條件下，極易發生催化劑脫落，從而導致其性能和穩定性大幅下降，剝落的粉末顆粒還會對電解槽及其溶液系統造成污染，難以滿足商業化需求。
3、近年來，三維多孔金屬基一體化電極由于其良好的結構穩定性和規則的孔徑特征受到關注，然而直接制造出的金屬基電極不具備微納結構表面，導致其催化活性較低。為了提升催化oer性能，常采用負載貴金屬高活性組分，包括電沉積或浸漬法等方法，還可采用酸堿液相刻蝕，構建微納表面，暴露基底中的活性位點等。
4、如申請號為202110134183.6的中國專利技術專利公開了一種多孔nicu納米針陣列催化劑及其制備方法，該專利具體公開了nicu母合金條帶的制備，將nicu母合金條帶作為三電極體系中的工作電極，置于0.5m?h2so4中進行電化學刻
技術實現思路
1、本專利技術旨在提供一種具有納米片微結構的三維多尺度電極及其制備方法，以通過控制電極表面微納結構的微觀形貌，提高電極在電解水產氧反應中的催化性能。
2、為了實現上述目的，本專利技術采用的具體方案為：一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，包括以下步驟：
3、s1：制備合金試樣塊；
4、s2：以合金試樣塊為工作電極，ag/agcl為參比電極，碳棒為對電極，通過電化學工作站連接形成三電極體系，置于酸溶液中進行電化學酸刻蝕；其中，電化學酸刻蝕采用循環伏安法，通過調節循環波形中工作電極相對于參比電極的峰值電壓e1、工作電極的電壓變化速度v1、加載時間間隔t1、循環圈數n1四個參數控制電化學酸刻蝕過程；
5、s3：將電化學酸刻蝕后的合金試樣清洗、烘干，得三維多尺度電極中間體；
6、s4：以三維多尺度電極中間體為工作電極，ag/agcl為參比電極，碳棒為對電極，通過電化學工作站連接形成三電極體系，置于堿溶液中進行堿生長，其中，堿生長采用線性掃描伏安法，通過調節循環波形中工作電極相對于參比電極的峰值電壓e2、工作電極的電壓變化速度v2、加載時間間隔t2、循環圈數n2四個參數，控制堿生長所得納米片的生長速度以及分布均勻性；
7、s5：將堿生長后的三維多尺度電極中間體清洗、烘干，即得到所述的三維多尺度電極。
8、作為上述技術方案的進一步優化：電化學酸刻蝕中四個參數的調節范圍：工作電極相對于參比電極的峰值電壓e1為1-2v，工作電極的電壓變化速度v1為50-200mv/s，循環圈數n1為10-100圈，加載間隔時間t1為1-30s。
9、作為上述技術方案的進一步優化：堿生長中四個參數的調節范圍：工作電極相對于參比電極的峰值電壓e2為1-2.5v，工作電極的電壓變化速度v2為10mv/s，循環圈數n2為100-1000圈，加載時間間隔t2為1-5min。
10、作為上述技術方案的進一步優化：步驟s2中，酸溶液為濃度0.5mol/l的硫酸水溶液。
11、作為上述技術方案的進一步優化：步驟s4中，堿溶液為濃度1-5mol/l的氫氧化鉀水溶液。
12、作為上述技術方案的進一步優化：所述合金試樣塊的制備方法為：根據所需的金屬活性位點類型，選擇對應的金屬/合金粉末，同時根據電化學腐蝕電位選擇犧牲金屬，將犧牲金屬粉末和金屬/合金粉末混合，得粉末原料，再將粉末原料在氬氣氣氛下高溫熔煉或者經3d打印制備試樣，即得到所述的合金試樣塊。
13、作為上述技術方案的進一步優化：合金試樣塊中各元素的質量比為fe：co：ni：cr：al＝17.5：19.7：38.2：16.1：8.5。
14、作為上述技術方案的進一步優化：步驟s3中，將電化學酸刻蝕后的合金試樣用去離子水清洗，置于80℃烘箱24h烘干，得三維多尺度電極中間體。
15、作為上述技術方案的進一步優化：步驟s5中，將堿生長后的三維多尺度電極中間體用去離子水和乙醇交替清洗，置于80℃烘箱24h烘干，即得到所述的三維多尺度電極。
16、一種具有納米片微結構的三維多尺度電極，由上述的制備方法制得。
17、與現有技術相比，本專利技術有如下有益效果：
18、在本專利技術的制備方法中，首先，對合金試樣塊進行電化學酸刻蝕，可將試樣塊中電勢電位較低的金屬溶解，在合金試樣塊的光滑表面產生三維多孔結構，電化學酸刻蝕中通過控制不同循環刻蝕圈數以及循環波形，可實現對刻蝕金屬及其刻蝕速度的精確控制，使其微觀形貌更加均勻；其次，將酸刻蝕后的合金試樣塊在堿性溶液中進行堿生長時，通過施加峰值電壓，控制堿溶液濃度和線性伏安法循環圈數，將酸刻蝕后暴露在表面的金屬位點，在堿溶液中含有充足的氫氧根，促進溶液中的氫氧根反應重構原位生長出納米片結構，而若采用恒定電壓在堿溶液中處理試樣，則難以控制試樣表面的重構生長過程。
19、納米片的生長過程包括金屬離子的擴散過程，金屬離子濃度過高或者過低均導致表面納米結構的不均勻以及不穩定。本專利技術采用循環加載的方式能夠調控試樣表面各金屬離子與氫氧根離子的溶解、擴散和沉積過程。在循環加載過程中，電壓增加時，使試樣表面金屬溶解，此時試樣周圍金屬離子濃度增大，向外部溶液擴散，而當電壓下降或在停止時，金屬離子濃度保持不變，同時保持向外部溶液擴散，濃度相當時則不再擴散；當金屬離子濃度累積到一定程度時，在氫氧根離子充足的溶液環境下發生沉積，在試樣表面形成納米片結構。因此，通過本專利技術的制備方法，不需在溶液環境中添加相應的金屬離子，便可原位重構出納米片結構。通過波形及循環次數可精確控制納米片的生本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：電化學酸刻蝕中四個參數的調節范圍：工作電極相對于參比電極的峰值電壓E1為1-2V，工作電極的電壓變化速度V1為50-200mV/s，循環圈數N1為10-100圈，加載間隔時間T1為1-30s。
3.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：堿生長中四個參數的調節范圍：工作電極相對于參比電極的峰值電壓E2為1-2.5V，工作電極的電壓變化速度V2為10mV/s，循環圈數N2為100-1000圈，加載時間間隔T2為1-5min。
4.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：步驟S2中，酸溶液為濃度0.5mol/L的硫酸水溶液。
5.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：步驟S4中，堿溶液為濃度1-5mol/L的氫氧化鉀水溶液。
6.如權利要求1所述的一種
7.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：合金試樣塊中各元素的質量比為Fe：Co：Ni：Cr：Al＝17.5：19.7：38.2：16.1：8.5。
8.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：步驟S3中，將電化學酸刻蝕后的合金試樣用去離子水清洗，置于80℃烘箱24h烘干，得三維多尺度電極中間體。
9.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：步驟S5中，將堿生長后的三維多尺度電極中間體用去離子水和乙醇交替清洗，置于80℃烘箱24h烘干，即得到所述的三維多尺度電極。
10.一種具有納米片微結構的三維多尺度電極，其特征在于：由權利要求1-9中任一所述權利要求的制備方法制得。
...【技術特征摘要】
1.一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：
2.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：電化學酸刻蝕中四個參數的調節范圍：工作電極相對于參比電極的峰值電壓e1為1-2v，工作電極的電壓變化速度v1為50-200mv/s，循環圈數n1為10-100圈，加載間隔時間t1為1-30s。
3.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：堿生長中四個參數的調節范圍：工作電極相對于參比電極的峰值電壓e2為1-2.5v，工作電極的電壓變化速度v2為10mv/s，循環圈數n2為100-1000圈，加載時間間隔t2為1-5min。
4.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：步驟s2中，酸溶液為濃度0.5mol/l的硫酸水溶液。
5.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺度電極的制備方法，其特征在于：步驟s4中，堿溶液為濃度1-5mol/l的氫氧化鉀水溶液。
6.如權利要求1所述的一種具有納米片微結構的三維多尺...
【專利技術屬性】
技術研發人員：陳曉，丁俊豪，張晨曦，陳希，仝玉萍，
申請(專利權)人：華北水利水電大學，
類型：發明
國別省市：
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