一种多级泡孔结构镍的制备方法

技术领域

本发明涉及材料领域，尤其涉及一种多级泡孔结构镍的制备方法。

背景技术

金属镍因其具有良好的抗腐蚀性能和较好的刚度广泛应用于机械和生产中，具有微孔结构的镍材料由于其高比表面积和较高的催化活性在催化电解水、超级电容器、有机物催化裂解和加成反应中得到广泛使用。利用铜镍共沉积制孔的过程中，铜镍沉积不均匀，铜比镍更容易沉积，当铜沉积形成晶核后由于其电阻相比镍更小，使铜形成树枝晶，进一步加快了铜的沉积，最终仅有少量的镍沉积，导致镍离子沉积量小，成孔差而活性点位少，因此提高电极复合沉积时的均匀性，提高成孔性能，增加电极的活性位点是目前亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种能够实现均匀上镀，有效刻蚀多级孔结构电极的制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种多级泡孔结构镍的制备方法，工作电极为圆柱形可旋转电极，辅助电极为圆弧片状电极，利用电镀铜镍合金和电刻蚀铜交替进行制备具有多级泡孔结构的镍，包括以下步骤：

步骤1：对工作电极进行清洁预处理；

步骤2：将旋转工作电极置于含有抑制剂的电镀液中电沉积铜镍合金，清洗；

步骤3：将步骤2中所得的电极置于电解液中电刻蚀铜；

步骤4：重复步骤2和步骤3；

步骤5：将步骤5所得的电极清洗并干燥，即得多级泡孔结构镍；

所述步骤2中电镀液中的抑制剂为含有氮元素和卤元素的抑制剂，所述抑制剂包括氯化硝基四氮唑蓝。

优选的，所述步骤2中电镀液包括以下成分：聚二硫二丙烷磺酸钠、聚乙二醇、氯化硝基四氮唑蓝、苹果酸和甘露醇。

优选的，所述步骤2中电镀液包括聚二硫二丙烷磺酸钠0.01g/L-0.4g/L、聚乙二醇0.01g/L-0.2g/L、氯化硝基四氮唑蓝0.01g/L-0.6g/L、苹果酸5g/L-10g/L和甘露醇0.1g/L-5g/L。

优选的，所述步骤3中的电解液包括可发生氧化还原反应的可溶性盐。

优选的，所述步骤1中的工作电极为直径4cm-6cm，高度5cm-8cm的圆柱形结构。

优选的，所述步骤2中作为旋转工作电机的工作电极的转速为30RPM-180RPM。

优选的，所述步骤2中电镀温度为45℃-65℃，电镀用电流为10mA-40mA。

优选的，所述步骤3中电刻蚀铜的时长为3600s-7200s，电流密度为0.2A/㎡-1A/㎡。

优选的，步骤4重复2次。

优选的，步骤1中清洁预处理包括以下步骤：将工作电极依次放入氯化氢溶液、丙酮溶液和去离子水中，并每次放入均伴随超声清洗。

本发明的有益效果为：

选用的电镀液中含有氯化硝基四氮唑蓝作为抑制剂，能够在溶液中形成Cu+-NBT-Cl-络合物，该络合物能在阴极表面吸附，对铜沉积过程产生“阻塞”作用，其在水中溶解产物是一种含氮的有机单体，带有很强的正电性会吸附在阴极表面产生抑制作用，保证在电镀过程中更多的镍离子能够沉积在电极表面，降低铜的沉积量；再将沉积后的复合镀层进行刻蚀，除去沉积的铜，得到单级泡孔结构的镍电极，再将沉积和刻蚀过程在相同的条件下重复两次，即可得到具有较大表面积的多级泡孔结构的镍电极，并可提供更多活性位点的同时还有较好的机械强度。

附图说明

图1为本发明实施例制备的多级泡孔结构镍SEM和局部放大图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中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，本发明工作电极为圆柱形可旋转电极，辅助电极为圆弧片状电极，利用电镀铜镍合金和电刻蚀铜交替进行制备具有多级泡孔结构的镍。

实施例1

工作电极预处理：将圆柱工作电极一次放入0.1M氯化钠、丙酮、去离子水中，每次进行30min超声清洗；

配制电镀液的成分为：聚二硫二丙烷磺酸钠0.2g/L，聚乙二醇0.2g/L，氯化硝基四氮唑蓝0.2g/L，苹果酸5g/L、甘露醇0.1g/L，月桂醇聚醚硫酸酯钠100mg/L；

采用圆柱型工作电极和仿形辅助电极分别在25℃和50℃在40mA进行沉积100s；将阴极保持30RPM的转速，经过高精度电子天平显示，工作电极上的铜沉积质量在25℃时是2.76mg，在50℃是2.87mg，增重3.98％。

实施例2

工作电极预处理：将工作电极一次放入0.1M氯化氢、丙酮、去离子水中，每次进行30min超声清洗；

配制电镀液的成分为：聚二硫二丙烷磺酸钠0.2g/L，聚乙二醇(PEG)的用量为0.2g/L，氯化硝基四氮唑蓝0.2g/L，苹果酸5g/L、甘露醇0.1g/L，桂醇聚醚硫酸酯钠100mg/L月；

采用圆柱型工作电极和仿形辅助电极分别在25℃和50℃在40mA进行沉积100s；将阴极保持30RPM的转速，经过对比发现镍的沉积质量在25℃时是1.51mg，在50℃是2.7mg，增重98.67％。

实施例3

工作电极预处理：将工作电极一次放入0.1M氯化氢、丙酮、去离子水中，每次进行30min超声清洗；

然后将263g NiSO

将工作电极夹持在阴极保持30RPM，电流密度设置为40mA,沉积时间100s；沉积结束后清洗干净后，将工作电极放入硫酸钾溶液中进行刻蚀，电压为0.5，刻蚀7200s；完成后再次沉积与刻蚀；经过高精度电子天平显示，多级泡孔镍质量增重8.12mg，微观形貌如图1所示。

实施例4

将直径4cm，高度5cm的工作电极依次放入氯化氢溶液、丙酮溶液和去离子水中，并每次进行30min的超声清洗；

按照聚二硫二丙烷磺酸钠0.01g/L、聚乙二醇0.01g/L、氯化硝基四氮唑蓝0.01g/L、苹果酸5g/L和甘露醇0.1g/L的用量配制得到电镀液；

将旋转工作电极放入电镀液中，以30RPM的转速旋转，在温度为45℃，电流为10mA的环境中电沉积铜镍合金；再将电沉积的电极放入电流密度为0.2A/㎡的硫酸钾溶液中，进行3600s的电刻蚀铜；将电极重复电镀和电解2次后，将电极清洗并干燥，即得多级泡孔结构镍。

实施例5

将直径6cm，高度8cm的工作电极依次放入氯化氢溶液、丙酮溶液和去离子水中，并每次进行30min的超声清洗；

按照聚二硫二丙烷磺酸钠0.4g/L、聚乙二醇0.2g/L、氯化硝基四氮唑蓝0.6g/L、苹果酸10g/L和甘露醇5g/L的用量配制得到电镀液；

将旋转工作电极放入电镀液中，以180RPM的转速旋转，在温度为65℃，电流为40mA的环境中电沉积铜镍合金；再将电沉积的电极放入电流密度为1A/㎡的硫酸钾溶液中，进行7200s的电刻蚀铜；将电极重复电镀和电解2次后，将电极清洗并干燥，即得多级泡孔结构镍。

实施例6

将直径5cm，高度7cm的工作电极依次放入氯化氢溶液、丙酮溶液和去离子水中，并每次进行30min的超声清洗；

按照聚二硫二丙烷磺酸钠0.2g/L、聚乙二醇0.1g/L、氯化硝基四氮唑蓝0.3g/L、苹果酸7g/L和甘露醇3g/L的用量配制得到电镀液；

将旋转工作电极放入电镀液中，以100RPM的转速旋转，在温度为55℃，电流为25mA的环境中电沉积铜镍合金；再将电沉积的电极放入电流密度为0.6A/㎡的硫酸钾溶液中，进行5400s的电刻蚀铜；将电极重复电镀和电解2次后，将电极清洗并干燥，即得多级泡孔结构镍。

实施例1-2针对不同温度下金属沉积速率的关系，在不同温度下沉积了单一金属并测定了沉积质量，然后对镍沉积量进行测试，从实施例4-5在25℃和50℃下的镍沉积量对比可知，镍在高温下沉积量更大，为保证镍有较大的沉积量，实验将在50℃进行。

旋转的圆柱形工作电极和圆弧形片状的辅助电极能够保证电力线平行分布，电极所有区域内上镀均匀。

本发明选用的电镀液中含有氯化硝基四氮唑蓝作为抑制剂，能够在溶液中形成Cu+-NBT-Cl-络合物，该络合物能在阴极表面吸附，对铜沉积过程产生“阻塞”作用，其在水中溶解产物是一种含氮的有机单体，带有很强的正电性会吸附在阴极表面产生抑制作用，保证在电镀过程中更多的镍离子能够沉积在电极表面，降低铜的沉积量；再将沉积后的复合镀层进行刻蚀，除去沉积的铜，得到单级泡孔结构的镍电极，再将沉积和刻蚀过程在相同的条件下重复两次，即可得到具有较大表面积的多级泡孔结构的镍电极，并可提供更多活性位点的同时还有较好的机械强度。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。