一种采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法

本发明涉及纳米多孔金属材料制备，特别是涉及一种采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法。

背景技术：

1、由于纳米多孔金属材料具有高孔隙率、高比表面积和高导电性等优异性能，使得其在能源、催化、光学、传感及燃料电池等领域都有着广泛的应用前景。尤其在电化学催化领域，纳米多孔金属材料由于其独特的三维空间结构，可以实现电催化所需的介质离子和电子的无阻碍传输，并且由于其良好的导电性、高比表面积以及独特的三维结构，使其成为非常有前景的电极材料，在能源和催化领域显示出巨大的潜在应用前景。

2、为了满足不同应用的需求，需要对纳米多孔金属的形貌和结构进行调控。目前，对于纳米多孔金属电极表面的调控的方法有很多，电化学脱合金法是通过电化学工作站在合金上施加阳极电位或电流来进行电解，实现脱合金腐蚀，并且能够通过施加电位、电流、扫描速率等参数来控制脱合金腐蚀的速率和进程，从而控制纳米多孔的形成和演变，调控电极表面的结构形貌。电化学电位循环法是通过循环表面氧化还原来定制3d脱合金纳米多孔金属的表面结构，通过cv的方式来控制电化学扫描速率能够实现对于金属表面晶面的影响，但并不能实现对纳米多孔金属孔洞的大小进行调整。目前，对于形成的电极表面的晶粒的变化并没有很深入的研究；而且电化学脱合金和电化学电位循环两者都无法使得合金中的另一种金属完全脱除，从而无法明确导致金属材料电催化性能好的因素是否与残余金属有关。

3、因此，亟需一种可以直接对纯金属电极表面进行形貌调控以及使得电极表面的晶粒产生细化的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，能够通过电化学co2还原时间对电极表面的颗粒尺寸大小进行调节，且制备的od-ag电极具备良好的co2电化学还原催化性能和自支撑性，能够避免相同材料由于不同基底造成不同催化效果的影响。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，包括以下步骤：

4、s1，对金属箔进行预处理，得到金属电极片；

5、s2，对金属电极片采用多电位阶跃法进行电化学氧化，得到金属氧化物电极；

6、s3，采用电流-时间法对所述金属氧化物电极进行电化学co2还原，得到具有纳米多孔特征的氧化衍生金属电极，其中，通过调控所述电化学co2还原的时间的长短得到表面颗粒大小和晶粒尺寸不同的氧化衍生金属电极。

7、进一步的，所述金属箔为ag箔，所述金属电极片为银电极片，所述金属氧化物电极为氧化银电极，所述氧化衍生金属电极为氧化衍生银电极。

8、进一步的，所述ag箔采用的是高纯ag箔，所述高纯ag箔的纯度为99.99％。

9、进一步的，所述s1，对金属箔进行预处理，得到金属电极片，具体包括：

10、先将ag箔用轧机轧制，然后剪切成5×8mm的薄片，再将其放置在无水乙醇中进行超声震荡清洗10min，得到预处理后的ag箔，作为金属电极片。

11、进一步的，所述s2，对金属电极片采用多电位阶跃法进行电化学氧化，得到具有纳米多孔的金属氧化物电极，包括：

12、在两室分别含有30ml的0.2m naoh电解液的h型电解池中，使用nafion-115膜将所述h型电解池的两室隔开，以铂网为对电极，以ag/agcl电极为参比电极，以银电极片为工作电极，采用多电位阶跃法进行电化学氧化，得到具有纳米多孔的金属氧化物电极。

13、进一步的，所述电化学氧化的时间为3～7h；多电位阶跃法采用的氧化电位设置为1.0～2.2v vs.rhe，每次循环间隔0.01s。

14、进一步的，所述s3，采用电流-时间法对所述金属氧化物电极进行电化学co2还原，得到氧化衍生金属电极，包括：

15、在含有co2饱和的0.1m khco3电解质溶液的h型电解池中，以铂网为对电极，以氧化银电极为工作电极，以ag/agcl电极为参比电极，采用电流-时间法对所述金属氧化物电极进行电化学co2还原，得到氧化衍生金属电极。

16、进一步的，所述电化学co2还原的还原电位为-0.4～-1.0v vs.rhe之间。

17、进一步的，所述s3中，所述电化学co2还原的时间为0.5h～12h，向khco3溶液中通co2的时间为20～50min。

18、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

19、1.本发明提供的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，通过电化学氧化还原对电极表面晶粒尺寸进行细化的方法制备的od-ag电极其具有良好的自支撑性，能够避免相同材料由于不同基底所造成不同催化效果的影响；

20、2.本发明通过电化学氧化还原调控电极表面晶粒尺寸得到的od-ag电极，能够防止电化学脱合金条件下另一种金属残余量的大小而对电极造成不同催化效果的影响；

21、3.通过电化学氧化还原制备的od-ag电极，在相同的测试环境0.1mkhco3电解液和-0.8vrhe电位下，能够以87％的催化选择性将co2还原成为co，并且是未经处理过的ag箔的4倍，可见，本发明制备的od-ag电极具备良好的co2电化学还原催化性能；

22、4.与现有技术相比，本发明制备od-ag电极的过程简单，只需调节还原时长就可以实现。并且本发明催化活性的提高是由于电极表面形成的纳米多孔结构通过还原时间调控了晶粒尺寸的大小，从而使得初始co2还原过程中晶粒细化明显，晶界密度高；纳米尺度上粗糙度的增加使得电化学活性面积的增加，其电流密度高于未经处理的ag箔，其具有良好的导电性。

23、5.本发明采用电化学氧化还原法可以调控的电极表面颗粒大小和晶粒的尺寸，它与原本的银箔相比能够有效的增加电化学活性面积，并且在co2还原方面具有很好的催化性能

技术特征：

1.一种采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，所述金属箔为ag箔，所述金属电极片为银电极片，所述金属氧化物电极为氧化银电极，所述氧化衍生金属电极为氧化衍生银电极。

3.根据权利要求2所述的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，所述ag箔采用的是高纯ag箔，所述高纯ag箔的纯度为99.99％。

4.根据权利要求2所述的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，所述s1，对金属箔进行预处理，得到金属电极片，具体包括：

5.根据权利要求2所述的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，所述s2，对金属电极片采用多电位阶跃法进行电化学氧化，得到具有纳米多孔的金属氧化物电极，包括：

6.根据权利要求5所述的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，所述电化学氧化的时间为3～7h；多电位阶跃法采用的氧化电位设置为1.0～2.2vvs.rhe，每次循环间隔0.01s。

7.根据权利要求2所述的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，所述s3，采用电流-时间法对所述金属氧化物电极进行电化学co2还原，得到氧化衍生金属电极，包括：

8.根据权利要求7所述的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，所述电化学co2还原的还原电位为-0.4～-1.0v vs.rhe之间。

9.根据权利要求7所述的采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，其特征在于，所述s3中，所述电化学co2还原的时间为0.5h～12h，向khco3溶液中通co2的时间为20～50min。

技术总结本发明公开了一种采用电化学氧化还原调控电极表面晶粒细化的方法，涉及纳米多孔金属材料制备技术领域，方法包括：S1，对金属箔进行预处理，得到金属电极片；S2，对金属电极片采用多电位阶跃法进行电化学氧化，得到金属氧化物电极；S3，采用电流‑时间法对所述金属氧化物电极进行电化学CO<subgt;2</subgt;还原，得到氧化衍生具有纳米多孔特征的金属电极，其中，通过调控所述电化学CO<subgt;2</subgt;还原的时间的长短得到表面颗粒大小和晶粒尺寸不同的氧化衍生金属电极。本发明制备的OD‑Ag电极的自支撑性好，能够避免相同材料由于不同基底所造成不同催化效果的影响；而且在CO<subgt;2</subgt;还原方面具有很好的催化性能，能够通过改变电化学CO<subgt;2</subgt;还原时间来调节电极表面颗粒大小和晶粒的尺寸。技术研发人员：吕湘龙,杨梦莹,吴静静,李悦,潘宏宇,崔洪波,唐鑫受保护的技术使用者：桂林理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29