一种山脉状表面结构镍基材料的制备方法

摘要

本发明提供了一种山脉状表面结构镍基材料的制备方法，属于材料表面处理技术领域。该制备方法采用含有硫氰酸盐添加剂的酸性溶液刻蚀处理镍基材料，在其表面形成沟壑分明的山脉状结构。硫氰酸根与镍有很强的配位作用，诱导酸液选择性刻蚀镍基材料，从而获得山脉状结构的粗糙表面。调节刻蚀液中硫氰酸盐与酸的浓度，可实现山脉状结构尺寸和密度的调控。山脉状表面结构的镍基材料比表面积大、沟壑均匀、尺寸一致、粗糙度高，在储能、催化、合成等领域具有重要用途。本发明提供的山脉状表面结构镍基材料的制备方法安全性高、可控性强、操作简便，可实现大规模生产，具有重要应用价值。

说明书

技术领域

本发明涉及材料表面处理技术领域，具体而言，涉及一种山脉状表面结构镍基材料的制备方法。

背景技术

镍网导电性好、耐蚀性强，常作为基底广泛应用于储能、催化、合成等领域。但是商业化镍网比表面积低、附着力差，易导致活性材料脱落，而制约着器件性能稳定。因此，大量工作集中于镍网的改性处理，旨在获得表面结构丰富、理化性质稳定的镍网载体。

刻蚀改性镍网，在表面形成丰富微纳结构的同时，保留了基底的整体形貌，在实际应用中具有重要价值。镍网的刻蚀改性已有报道，但现有技术仍然存在一系列问题，无法实现大规模制备，难以满足工业应用需求。如授权公告号为CN 112117469 B的专利，首先用酸对镍网进行活化，再将泡沫镍与席夫碱进行溶剂热反应，得到席夫碱配位刻蚀的镍网，最后在保护气氛中碳化，即得具有丰富孔洞结构的镍网。该方法制备过程复杂、操作繁琐、能耗高，不利于大规模生产。授权公告号为CN 108425144 B的专利，以H

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作简单、能耗低、安全性高、可控性好、刻蚀效果均匀和可规模化生产的山脉状表面结构镍基材料的制备方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下。

一种山脉状表面结构镍基材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制一定浓度的酸溶液；

S2、在步骤S1配制的酸溶液中加入硫氰酸盐添加剂，得到刻蚀液；

S3、将镍基材料浸泡在步骤S2配制的刻蚀液中，静置刻蚀一段时间；

S4、将完成步骤S3的镍基材料取出，洗净烘干，得到山脉状表面结构的镍基材料。

与现有技术相比，本发采用含有硫氰酸盐添加剂的酸性溶液刻蚀处理镍基材料，在其表面形成沟壑分明的山脉状结构。硫氰酸根与镍有很强的配位作用，诱导酸液选择性刻蚀镍基材料，从而获得山脉状结构的粗糙表面。调节刻蚀液中硫氰酸盐与酸的浓度，可实现山脉状结构尺寸和密度的调控。山脉状表面结构的镍基材料比表面积大、沟壑均匀、尺寸一致、粗糙度高，在储能、催化、合成等领域具有重要用途。本发明提供的山脉状表面结构镍基材料的制备方法安全性高、可控性强、操作简便，可实现大规模生产，具有重要应用价值。

优选地，步骤S1中所述的酸为硫酸、盐酸、硝酸中的一种或几种。利用硫酸、盐酸和硝酸的强酸、强腐蚀性，最终达到刻蚀镍基材料的目的。

优选地，步骤S1中所述酸溶液的浓度为0.01-2mol/L。酸溶液的浓度过低时，刻蚀作用缓慢或不能达到刻蚀镍基材料的目的，酸溶液的浓度过高，则会造成对镍基材料的过渡腐蚀，在镍基材料表面无法得到山脉状的表面结构，因此酸溶液的浓度优选为0.01-2mol/L。

优选地，步骤S2中所述的添加剂为硫氰酸钾、硫氰酸钠、硫氰酸铵中的一种或几种。采用硫氰酸钾、硫氰酸钠、硫氰酸铵中的一种或几种作为添加剂，利用硫氰酸盐中的硫氰酸根与镍的强配位作用，达到选择性刻蚀镍的目的，进而实现山脉状表面结构镍基材料的制备。

优选地，步骤S2中配制的刻蚀液中所述添加剂的浓度为0.01-10mol/L。添加剂的浓度过低或过高，都会导致选择性刻蚀效果不均匀，不利于形成具备均匀山脉状表面结构的镍基材料。

优选地，所述镍基材料为镍网、泡沫镍或镍箔。采用镍网、泡沫镍或镍箔作为镍基材料，即利用了镍网、泡沫镍或镍箔本身的空间结构特性，又通过在其表面上形成山脉状表面结构提高其表面附着力，从而提升这类镍基材料器件的稳定性。

优选地，所述镍基材料的成份为金属镍、镍合金或含镍化合物。成份为金属镍、镍合金或含镍化合物的镍基材料均可与硫氰酸根形成强配位作用，达到选择性刻蚀表面的效果，均可制备出具有山脉状表面结构的镍基材料。

优选地，步骤S3中所述静置刻蚀的时间为1-24h。静置刻蚀时间过短，不足以刻蚀形成山脉状表面结构，刻蚀时间过长，则易造成过度刻蚀，破坏前期刻蚀形成的山脉状表面结构，因此静置刻蚀时间优选为1-24h。

综上所述，本发明提供的镍基材料的制备方法具有以下特点：1)安全性高，本方法不涉及高温、高压过程，不采用有机溶剂，安全系数高；2)可控性好，本方法可通过控制刻蚀液的酸度和硫氰酸盐添加剂含量，对山脉状镍基材料的微纳结构进行精确调控；3)可宏量生产，本方法在室温下一步刻蚀获得具有山脉状表面结构的镍基材料，具有原料易得、操作简单、设备要求低的特点，可实现大规模制备与应用。4)本发明制备的山脉状多孔镍，表面积大、沟壑均匀、尺寸一致、粗糙度高，在储能、催化、合成等领域具有重要应用前景。总之本发明填补了当前的技术缺陷，实现了室温、常压、可控的宏量制备具有山脉状表面结构的镍基材料。

附图说明

图1为实施例1制备的山脉状表面结构镍网的SEM图。

图2为未经刻蚀处理的镍网的SEM图。

图3为实施例1制备的山脉状表面结构镍网的电解水阳极极化曲线。

图4为对比例2制备的无山脉状结构的镍网的SEM图。

图5为实施例3制备的山脉状表面结构镍网的SEM图。

图6为实施例4制备的山脉状表面结构镍网的SEM图。

图7为实施例5制备的山脉状表面结构镍网的SEM图。

图8为实施例6制备的山脉状表面结构镍箔的SEM图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供了一种山脉状表面结构镍基材料的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制浓度浓度为0.01-2mol/L酸溶液；

S2、在步骤S1配制的酸溶液中加入硫氰酸盐添加剂，得到硫氰酸盐浓度为0.01-10mol/L的刻蚀液；

S3、将镍基材料浸泡在步骤S2配制的刻蚀液中，静置刻蚀1-24h；

S4、将完成步骤S3的镍基材料取出，洗净烘干，得到山脉状表面结构的镍基材料。

与现有技术相比，本发明采用含有硫氰酸盐添加剂的酸性溶液刻蚀处理镍基材料，在其表面形成沟壑分明的山脉状结构。硫氰酸根与镍具有很强的配位作用，诱导酸液的选择性刻蚀，从而获得山脉状结构的粗糙表面。调节刻蚀液中硫氰酸盐与酸的浓度，可实现山脉状结构尺寸和密度的调控。山脉状表面结构的镍比表面积大、沟壑均匀、尺寸一致、粗糙度高，在储能、催化、合成等领域具有重要用途。本发明提供的山脉状表面结构镍基材料的制备方法安全性高、可控性强、操作简便，可实现大规模生产，具有重要应用价值。

实施例1

本实施例提供了一种山脉状表面结构的镍网的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制10mL浓度为0.5mol/L的硝酸溶液；

S2、将5.8308g硫氰酸钾溶于步骤S1制备的硝酸溶液中，得到硫氰酸钾浓度为6mol/L的刻蚀液；

S3、将1×4cm

S3、将完成步骤S3的镍网取出，洗净烘干，得到山脉状表面结构的镍网。

如图1所示，本实施例所得镍网表面为山脉状结构，沟壑分明，排列紧密，均匀性好。图2为未经刻蚀处理的镍网，其表面光滑平整。这证明经硝酸和硫氰酸钾溶液刻蚀处理，获得了具有山脉状结构的镍网。图3说明本实施例制备的山脉状镍网在1mol/L KOH溶液中的电解水阳极催化活性远优于未经刻蚀处理的镍网。

对比例2

本实施例提供了一种仅采用硝酸溶液处理镍网的方法，包括以下步骤：

S1、配制10mL浓度为0.5mol/L的硝酸溶液；

S2、将1×4cm

S3、将完成步骤S2的镍网取出，洗净烘干，得到表面无山脉状结构的镍网。

如图4所示，本实施例制备的镍网表面无山脉状沟壑结构，说明仅通过硝酸溶液作为刻蚀液无法制备具有山脉状结构的镍网。本实施例证明硫氰酸盐在山脉状结构的形成中具有关键作用。

实施例3

本实施例提供了一种山脉状表面结构的镍网的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制10mL浓度为0.5mol/L的硝酸溶液；

S2、将5.8308g硫氰酸钾溶于步骤S1制备的酸溶液中，得到硫氰酸钾浓度为6mol/L的刻蚀液；

S3、将1×4cm

S4、将完成步骤S3的镍网取出，洗净烘干，得到山脉状多孔镍。

如图5所示，本实施例所得镍网表面为山脉状结构，沟壑分明，但是山脉状沟壑深度明显小于实施例1所制备材料。本实施例说明调节刻蚀时间可以实现山脉状纳米结构的调控。

实施例4

本实施例提供了一种山脉状表面结构的镍网的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制10mL浓度为0.5mol/L的硝酸溶液；

S2、将4.5672g硫氰酸铵溶于步骤S1制备的酸溶液中，得到硫氰酸氨浓度为6mol/L的刻蚀液；

S3、将1×4cm

S4、将完成步骤S3的镍网取出，洗净烘干，得到山脉状表面形貌的镍网。

如图6所示，本实施例制备的镍网呈山脉状结构，说明硫氰酸铵也同样可以诱导选择性刻蚀形成山脉状结构。

实施例5

本实施例提供了一种山脉状表面结构的镍网的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制10mL浓度为1.0mol/L的硝酸溶液；

S2、将9.7180g硫氰酸钾溶于步骤S1制备的酸溶液中，得到硫氰酸钾浓度为10mol/L的刻蚀液；

S3、将1×4cm

S4、将完成步骤S3的镍网取出，洗净烘干，得到山脉状表面结构的镍网。

如图7所示，本实施例制备的泡镍网表面具有山脉状结构，山脉状沟壑相较于实施例1更加致密和规整。本实施例说明，调节刻蚀液酸浓度度和添加剂含量，可以实现山脉状纳米结构的调控。

实施例6

本实施例提供了一种山脉状表面结构的镍网的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制10mL浓度为0.5mol/L的硝酸溶液。

S2、将5.8308g硫氰酸钾溶于步骤S1制备的酸溶液中，得到硫氰酸钾浓度为6mol/L的刻蚀液；

S3、将1×4cm

S4、将完成步骤S3的镍箔取出，洗净烘干，得到表面具有山脉状结构的镍箔。

如图8所示，本实施例所得镍箔表面为山脉状结构，沟壑分明，排列紧密，均匀性好。说明本发明可以在不同的镍基材料表面刻蚀形成山脉状结构。

实施例7

本实施例提供了一种山脉状表面结构泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制10mL浓度为0.01mol/L的硫酸溶液；

S2、将9.718mg硫氰酸钾溶于步骤S1制备的酸溶液中，得到硫氰酸钾浓度为0.01mol/L的刻蚀液；

S3、将泡沫镍浸泡在步骤S2配制的刻蚀液中，静置24h；

S4、将完成步骤S3的泡沫镍取出，洗净烘干，得到山脉状表面结构的泡沫镍。

实施例8

本实施例提供了一种山脉状表面结构泡沫镍的制备方法，包括以下步骤：

S1、配制10mL浓度为0.1mol/L的盐酸溶液；

S2、将0.081g硫氰酸钠溶于步骤S1制备的酸溶液中，得到硫氰酸钠浓度为0.1mol/L的刻蚀液；

S3、将1×4cm

S4、将完成步骤S3的镍网取出，洗净烘干，得到山脉状表面结构的镍网。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。