自支撑铜基复合金属纳米片阵列电极材料的制备方法及应用与流程

本发明涉及电化学，尤其涉及一种自支撑铜基复合金属纳米片阵列电极材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、电化学还原是去除水中杂质离子实现水净化的理想方法之一。例如，电化学阻垢技术在近中性条件下电解还原水在阴极产生oh-调控局部区域内ph升高实现水中ca2+和mg2+沉积，具有绿色无污染、设备原理简单等优点；电化学硝酸盐还原技术将水中的no3─还原为氮气，具有无需投加化学药剂、处理条件温和等优点。

2、阴极材料是实现高效电化学还原的核心基础。近年来的研究表明，阴极材料的空间结构和活性位点是决定其还原性能的核心因素。与平面结构相比，纳米阵列结构有利于离子扩散到活性位点，从而显著增加了有效活性位点数量；此外，纳米阵列结构还可以加速聚集气泡的释放，实现大电流密度。纳米阵列上活性位点的分散性和调制性对高效阴极的设计也至关重要。对于原位生长的纳米阵列电极，活性位点与集流体之间紧密的界面接触还可以促进活性位点与集流体之间的电子转移，显著提升催化性能和电极稳定性。因此，迫切需要一种操作简单、易于规模化的制备纳米阵列结构电极的方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种自支撑铜基复合金属纳米片阵列电极材料的制备方法及应用，以解决现有的电化学阴极材料还原速率慢、电流密度小和稳定性差的问题。

2、根据本发明实施例提出一种自支撑铜基复合金属纳米片阵列电极材料的制备方法，其包括：将泡沫铜置于氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中并保持第一预定时长，制得氢氧化铜纳米片阵列电极；将所述氢氧化铜纳米片阵列电极置于硝酸钴溶液中保持第二预定时长，制得铜基复合金属氢氧化物纳米片阵列；对所述铜基复合金属氢氧化物纳米片阵列进行热处理，得到铜基复合金属氧化物纳米片阵列电极；将所述铜基复合金属氧化物纳米片阵列置于电解质溶液中，以特定的电流密度还原并保持第三预定时长，制得铜基复合金属纳米片阵列电极材料。

3、其中，氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液的浓度为0.1-0.5mol/l，所述第一预定时长为10-20小时。

4、其中，所述金属盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、氯化镍、硫酸镍或硝酸镍中的一种。

5、其中，所述金属盐的浓度为10-100mmol/l，所述第二预定时长为12-24小时。

6、其中，所述电解质为硫酸钠或硫酸钾，所述电解质浓度为0.1-0.5mol/l。

7、其中，所述电流密度为100-300ma/cm2，所述第三预定时长为2-6小时。

8、根据本发明实施例还提出一种根据以上所述的制备方法得到的铜基复合金属纳米片自支撑阵列电极材料，作为阴极材料用于去除水中杂质离子的电化学还原。

9、根据本发明的技术方案，通过将化学氧化-离子交换-热处理-电化学还原法相结合，所制备的自支撑电极由于负载金属高度分散和纳米片阵列结构，具有优异的导电性和电催化活性。

技术特征：

1.一种自支撑铜基复合金属纳米片阵列电极材料的制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液的浓度为0.1-0.5mol/l，所述第一预定时长为10-20小时。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐为氯化钴、硫酸钴、硝酸钴、氯化镍、硫酸镍或硝酸镍中的一种。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属盐的浓度为10-100mmol/l，所述第二预定时长为12-24小时。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电解质为硫酸钠或硫酸钾，所述电解质浓度为0.1-0.5mol/l。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述电流密度为100-300ma/cm2，所述第三预定时长为2-6小时。

7.一种根据权利要求1所述的制备方法得到的铜基复合金属纳米片自支撑阵列电极材料，作为阴极材料用于去除水中杂质离子的电化学还原。

技术总结
本发明公开一种自支撑铜基复合金属纳米片阵列电极材料的制备方法及应用，其中该制备方法包括：将泡沫铜置于氢氧化钠和过硫酸铵的混合溶液中并保持第一预定时长，制得氢氧化铜纳米片阵列电极；将所述氢氧化铜纳米片阵列电极置于硝酸钴溶液中保持第二预定时长，制得铜基复合金属氢氧化物纳米片阵列；对所述铜基复合金属氢氧化物纳米片阵列进行热处理，得到铜基复合金属氧化物纳米片阵列电极；将所述铜基复合金属氧化物纳米片阵列置于电解质溶液中，以特定的电流密度还原并保持第三预定时长，制得铜基复合金属纳米片阵列电极材料。通过本发明所制备的自支撑电极材料具有优异的导电性和电催化活性。

技术研发人员：王颖,李风亭,黄晓峰,薛飞
受保护的技术使用者：昆山怡口净水系统有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13