具有多级孔结构的新型泡沫镍及其制造方法和应用与流程

本发明涉及一种具有多级孔结构的新型泡沫镍及其制造方法和应用。

背景技术：

1、由于泡沫镍(nf：ni foam)以合理的价格可以在商业上使用，并具有高的多孔性、柔软性及导电性，因此被广泛地用作催化剂的载体、电极用集电体等。

2、尤其，由于泡沫镍的三维多孔结构，从而泡沫镍适合于负载包括水电解反应在内的多种电化学反应的活性金属催化剂，因此泡沫镍是利用率高的结构体。进一步地，为了将粉末形态的活性金属催化剂沉积于导电性基板，泡沫镍可以直接负载活性金属催化剂，而不使用通常使用的粘合剂，因此被广泛地用于电化学领域。

3、然而，由于目前使用的泡沫镍具有100μm至900μm尺寸的大孔隙，因此表面积小，由此可实现的电化学性能受限。

4、非专利文献1公开了为了提高泡沫镍的表面积而具有数十μm尺寸的孔隙的泡沫镍的制造方法。然而，上述方法是使用高分子作为模板来制造的方式，从而制造/去除高分子的工艺是必须的，因此该方法存在工艺复杂性高的缺点。

5、【现有技术文献】

6、【非专利文献】

7、(非专利文献1)j.manuf.sci.eng.apr 2014,136(2):021002

技术实现思路

1、本发明的一目的是提供一种具有多级孔结构的新型泡沫镍及其制造方法。

2、并且，本发明的另一目的是提供一种包括将具有多级孔结构的泡沫镍作为电极用集电体的超级电容器。

3、并且，本发明的又一目的是提供一种包括具有上述多级孔结构的泡沫镍的催化剂。

4、并且，本发明的又一目的是提供一种包括上述催化剂的水电解系统以及废气净化过滤器。

5、为了解决如上所述的技术问题，本发明的一实现例提供一种泡沫镍，其特征在于，在通过x射线光电子能谱法的能谱中在397.4±1.0ev处具有峰值，并具有在通过压汞法测量的孔径分布中包括不连续的两个以上的孔隙分布峰值的多级孔结构。

6、在一实现例中，在所述泡沫镍的表面中的水接触角可以是80°以下。

7、在一实现例中，所述泡沫镍的比表面积可以是0.1m2/g以上。

8、在一实现例中，所述两个以上的孔隙分布峰值可以包括平均孔径为100μm至900μm的第一峰值以及平均孔径为400nm至4000nm的第二峰值。

9、在一实现例中，所述两个以上的孔隙分布峰值还可以包括平均孔径为100nm至300nm的第三峰值。

10、在一实现例中，可以在所述泡沫镍的骨架形成有平均直径为所述泡沫镍的大孔隙的平均直径的1/25以下的小孔隙。

11、在一实现例中，形成于所述泡沫镍的骨架的孔隙可以包括开孔。

12、另一实现例提供一种催化剂，所述催化剂包括根据上述一实现例的泡沫镍以及负载于所述泡沫镍的表面上的过渡金属。

13、在一实现例中，所述催化剂可以具有析氧反应(oer)用途或析氢反应(her)用途。

14、在一实现例中，所述过渡金属可以是选自由iv族至ⅻ族构成的组中的一种或两种以上的金属。

15、又一实现例提供一种水电解系统，所述水电解系统包括发生水电解反应的反应部，所述反应部包括阴极、阳极以及电解质，所述阴极和阳极中的一个以上包括上述的根据一实现例的催化剂。

16、在一实现例中，所述电解质可以是碱性水溶液或中性水溶液。

17、在一实现例中，还可以包括储氢部，储存通过所述水电解反应产生的氢。

18、又一实现例提供一种废气净化过滤器，所述废气净化过滤器包括：过滤器部，包括上述的根据一实现例的催化剂；流入口，配备于所述过滤器部的一侧并供包含废气的气体流入；以及排出口，配备于所述过滤器部的另一侧并供被去除所述废气的气体排出。

19、又一实现例提供一种超级电容器，所述超级电容器包括阴极、阳极、夹设于所述阴极与所述阳极之间的分离膜以及电解质，所述阴极和阳极中的一个以上包括上述的根据一实现例的泡沫镍。

20、又一实现例提供一种泡沫镍的制造方法，作为具有多级孔结构的泡沫镍的制造方法，包括如下步骤：第一步骤，将泡沫镍装入反应器中；以及第二步骤，将所述反应器升温至300℃以上的温度，并且导入蚀刻气体，以使所述泡沫镍反应。

21、在一实现例中，所述蚀刻气体可以是含氮气体。

22、在一实现例中，所述含氮气体可以在溶液状态下表现出碱性。

23、在一实现例中，所述含氮气体可以是氨。

24、在一实现例中，所述升温可以以600℃至1,100℃的温度进行。

25、在一实现例中，所述蚀刻气体可以以100sccm至500sccm的流量导入反应器中。

26、根据一实现例的泡沫镍的除了具有100μm至900μm尺寸的大孔隙之外还额外包括具有4μm以下尺寸的孔隙的泡沫镍的多级孔结构发达，从而可以具有显著大的比表面积。

27、并且，由于根据一实现例的泡沫镍具有亲水性表面，因此在将其应用于电化学反应的情况下可以提高与电解质的接触。

28、由于根据一实现例的催化剂包括上述的泡沫镍，因此可以显著提高催化剂的活性。

29、并且，当将上述的泡沫镍应用于水电解系统、废气净化过滤器、化学及环境传感器等的电化学反应时，可以通过大大增加电化学活性面积并增加物质扩散速度来提高电化学性能。

30、并且，可以通过在高温下对市售状态的仅具有大孔隙的泡沫镍进行蚀刻气体处理的简单方法来制造上述的具有多级孔结构的泡沫镍。

技术特征：

1.一种泡沫镍，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的泡沫镍，其中，

3.根据权利要求1所述的泡沫镍，其中，

4.根据权利要求1所述的泡沫镍，其中，

5.根据权利要求4所述的泡沫镍，其中，

6.根据权利要求1所述的泡沫镍，其中，

7.根据权利要求6所述的泡沫镍，其中，

8.一种催化剂，包括：

9.根据权利要求8所述的催化剂，其中，

10.根据权利要求8所述的催化剂，其中，

11.一种水电解系统，包括：

12.根据权利要求11所述的水电解系统，其中，

13.根据权利要求11所述的水电解系统，还包括：

14.一种废气净化过滤器，包括：

15.一种超级电容器，包括：

16.一种泡沫镍的制造方法，作为具有多级孔结构的泡沫镍的制造方法，包括如下步骤：

17.根据权利要求16所述的泡沫镍的制造方法，其中，

18.根据权利要求17所述的泡沫镍的制造方法，其中，

19.根据权利要求17所述的泡沫镍的制造方法，其中，

20.根据权利要求16所述的泡沫镍的制造方法，其中，

21.根据权利要求16所述的泡沫镍的制造方法，其中，

技术总结
本发明涉及一种具有多级孔结构的新型泡沫镍及其制造方法和应用。与现有的泡沫镍不同，所述泡沫镍的除了具有100μm至900μm尺寸的大孔隙之外还额外包括具有4μm以下尺寸的孔隙的多级孔结构很发达，因此可以具有显著大的比表面积。据此，可以多样地应用于水电解系统、废气净化过滤器等的电化学反应。

技术研发人员：俞宗成,魏毅
受保护的技术使用者：大邱庆北科学技术院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/22