Co2P4O12/NF纳米线阵列的制备与电解水性能研究

以CoCl₂·6H₂O为原料,通过溶剂热法和磷化工艺在泡沫镍表面构建Co₂P₄O₁₂阵列,Co₂P₄O₁₂纳米线直径约200 nm。采用SEM、TEM和XRD进行形貌和晶体学特性表征,并利用三电极体系在碱性环境下测量电化学性能。在析氢过程中,只需要122 mV过电位就能达到10 mA·cm^-2电流密度。析氧过程中,仅需要334 mV的过电位就能达到15 mA·cm^-2电流密度。组装的电解池在15 mA·cm^-2的电流密度下工作40 h后电解槽电压没有发生明显变化,展现出很好的稳定性。Co₂P₄O₁₂/NF是一种有潜力的双功能催化剂。     

MoS2/CNTs电催化析氢性能探究

本文通过一步水热法成功实现了二硫化钼(Mo S₂)在碳纳米管(CNTs)内外壁的原位生长，形成了限域和非限域的Mo S₂/CNTs复合纳米材料，并探究了其对电化学析氢反应(HER)的催化活性。研究结果表明，在碳纳米管内外壁均原位生长出二维片状Mo S₂纳米材料，形成部分限域的Mo S₂/CNTs纳米材料。此外，电催化析氢性能测试显示，Mo S₂生长在适量的CNTs(～25mg)时，形成的Mo S₂/CNTs复合纳米材料表现出较强的HER活性和稳定性。在10mA·cm^-2时，HER的过电位为440mV。Tafel斜率为117mV·dec^-1。     

电沉积镍铁锰三元纳米片在析氧反应中的性能研究

电解水制氢技术作为当下最有效的制氢技术之一,低成本、高性能的电催化剂是提高电解水效率的理想选择。本文采用了一步电沉积法在泡沫镍上制备镍、铁、锰三元纳米片(NiFeMn)作为析氧反应(OER)电催化剂。当电流密度为20mA·cm^-2时,过电位达到297mV,Tafel斜率达到了143.2mV·dec^-1,经过了12小时的I-T测试后,其电流密度为86mV·cm^-2,表明该材料具有较好的稳定性和活性。NiFeMn纳米片良好的OER性能可能是由于其高的电化学活性表面积,为OER反应提供了更多的活性位点。     

一步水热法制备电解水析氧反应Ni3S2@Mo2S3高效催化剂

采用一步水热法,由泡沫钼镍合金同时提供钼源和镍源在泡沫钼镍合金表面原位制备了Ni₃S₂@Mo₂S₃,并将其直接作为自支撑电极用于催化碱性介质中的电解水析氧反应（OER）。利用多种表征测试技术研究了样品的形貌、组成、OER电催化性能,结果显示：Ni₃S₂@Mo₂S₃呈纳米板形貌,由六方Ni₃S₂和单斜Mo₂S₃按5∶1的比例复合而成;在1 mol·L^-1 KOH 溶液中,Ni₃S₂@Mo₂S₃催化剂仅需要170 mV过电位就可达到10 mA·cm^-2电流密度（欧姆补偿后）,且在50 h的稳定性测试期间性能基本无衰减,优于贵金属催化剂IrO₂以及文献报道的Ni-Mo基复合催化剂。Ni₃S₂@Mo₂S₃具有优异电催化性能的原因可归于不同过渡金属化合物的协同作用、原位生长自支撑、电化学活性面积大以及液下疏气性等因素。     

RuCs/Mo2C纳米棒制备及电催化析氢的研究

Mo₂C被誉为最有前景的电催化产氢催化剂,然而其高的过电压和低效率限制了其规模化生产。本文通过简单的溶剂热法制备了Ru纳米簇(Ru Cs/Mo₂C)负载Mo₂C纳米棒复合材料。研究表明,Ru Cs/Mo₂C(Ru,质量分数7.79%)表现出优异的电催化产氢性能,电流密度在10 mA·cm^-2的过电势为104 mV,Tafel斜率为96.30 mV·dec^-1。同时,Ru Cs/Mo₂C催化剂具有优异的稳定性,在工业电解系统中具有广阔的应用前景。     

泡沫镍上原位合成硒化镍与电解水性能研究

过渡金属硒化物已被认为是一类极具发展前景的电解水催化剂。以泡沫镍为基底和镍源,通过一步水热法在泡沫镍上负载硒化镍制备电催化剂(记为Ni-Se@NF)。扫描电镜图表明,在泡沫镍表面原位生长合成了一层纳米颗粒;X射线衍射和X射线光电子能谱表征证明该层纳米颗粒为Ni_(0.85)Se和Ni_3Se_2。在1 mol·L~(-1)KOH电解质中,对Ni-Se@NF电极进行了双催化电解水性能测试。Ni-Se@NF电极的析氢电流密度10 mA·cm~(-2)时的超电势为153 mV,析氧电流密度50 mA·cm~(-2)时的超电势为340 mV,并表现出良好的稳定性。     

MoCo@NF电极材料的制备及析氧性能研究

为研究水热法制备泡沫镍负载钼钴析氧电极材料的影响因素,采用正交实验方法制备了一系列析氧电极材料,结合电化学性能分析得出降低析氧过电位的最佳条件。通过SEM、EDS及电化学性能研究了最佳条件下制备的电极材料,研究表明,泡沫镍表面负载了呈现出花朵状的钼钴氧化物,表现出较好的析氧性能,其电极电流密度在100m A·cm^-2的过电位为311m V,Tafel斜率为72m V·dec^-1,双电层电容Cdl为20.85m F·cm^-2,1h内电流密度保持率达95.71%。     

富氧空位Co3O4纳米线的制备及其电解水性能研究

在室温下利用NaBH₄溶液还原Co₃O₄纳米线获得富含氧空位（V_O）的三维自支撑纳米线阵列用作全水解电催化剂，其中NaBH₄处理10 min的Co₃O₄/NF在碱性介质中对析氧反应（OER）和析氢反应（HER）表现出很高的活性，在10 mA·cm^-2电流密度下分别仅需240和132 mV的过电位。V_O-Co₃O₄/NF同时作为阴极和阳极电催化剂时，在10 mA·cm^-2下电解水槽电压仅为1.63 V，其耐久性可达60 h以上。该工作为富含氧空位结构的过渡金属氧化物双功能电催化剂的制备提供了新的方法和思路。     

NiCuP负载泡沫铜催化剂的制备及性能研究

氢气作为新能源被广泛利用，电解水制氢是未来氢能源利用最具潜力的手段，因此开发具有低过电位、高活性和稳定性的电催化剂来提升电解水体系的转化效率是制备氢能的关键。采用水热法制备NiCuP负载泡沫铜催化剂，通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜及电化学工作站对复合催化剂进行物相结构、微观形貌及电化学催化性能表征。结果表明：在140℃，水热合成18 h制备出晶粒分布均匀的三维树枝状催化剂，催化剂主要由晶态金属镍、晶态Ni₂P、晶态Cu₃P构成。对NiCuP负载泡沫铜电极进行电化学分析，当电流密度为10 mA·cm^-2时NiCuP负载泡沫铜电极的过电位为144 mV；在电流密度为100 mA·cm^-2时NiCuP负载泡沫铜电极的过电位为254 mV，均比空白电极低，表明NiCuP基催化剂具有一定的催化活性。三维树枝状形貌NiCuP负载泡沫铜复合催化剂的形成增加了活性位点数，大大提高了析氢效率。     

多层级孔结构氮掺杂硫化镍的电化学制备及高效产氢研究

利用简易方法制备同时具有丰富活性位点和优异本征活性的硫化镍电催化剂以实现高效电解水产氢对于可持续的氢能经济至关重要。利用简单两步电化学沉积法在泡沫镍基底上构建出一种新型的具有多层级孔结构的氮掺杂硫化镍电催化剂(Ni-S-N/Ni/NF)。该Ni-S-N/Ni/NF催化剂不仅拥有大量活性位点并且展现出增强的本征活性，在1 mol·L^-1氢氧化钾电解液中表现出优异的析氢性能，仅需84 mV过电位即可实现10 mA·cm^-2的电流密度。该工作有望为高性能硫化镍催化剂的制备提供有益借鉴。     

镍基TiO2复合电极的制备及电催化析氢性能

在含有TiO₂颗粒的氨基磺酸体系镀镍液中通过电沉积制备了Ni/TiO₂复合镀层。采用扫描电子显微镜(SEM)、红外吸收光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)对镀层进行表征的结果显示,TiO₂颗粒成功地沉积在镍镀层中,并改变了镍镀层的表面微观形貌和相结构。通过极化曲线、塔菲尔曲线、电化学阻抗谱(EIS)、计时电位曲线等电化学测试考察了不同TiO₂质量浓度下所得Ni/TiO₂复合镀层的析氢活性和稳定性。与Ni镀层相比,Ni/TiO₂复合镀层显示出更高的析氢催化活性。TiO₂表面存在的羟基有利于析氢反应中氢吸附原子的形成,提高了析氢反应速率。在10 mA/cm²的阴极电流密度下,以6 g/L TiO₂制备的复合镀层表现出较低的析氢过电位(310 mV),具有最高的析氢活性。     

泡沫镍基三维空心球CoFe2O4@NF复合材料的制备与析氧性能研究

为降低电解水阳极的析氧反应过电位,采用一步水热法制备了泡沫镍基钴铁混合氧化物（CoFe₂O₄@NF）复合材料。采用XRD、SEM、TEM和XPS等方法对复合材料进行表征,并利用三电极体系对其电解水析氧催化性能进行了测试。结果显示：CoFe₂O₄以颗粒的形式聚集成空心球结构生长于泡沫镍基底上,其中空心球的直径大约4 μm,而CoFe₂O₄的粒径约为40 nm左右。在1 mol·L^-1 KOH溶液中,CoFe₂O₄@NF复合材料仅需293 mV的过电位即可达到20 mA·cm^-2的电流密度,Tafel斜率为51 mV·dec^-1。经过1 000次循环伏安扫描和10 h电流时间曲线测试后,其析氧性能依旧保持高稳定性,在析氧催化材料领域有着广阔的研究前景。     

Ni/CrN高效电催化剂的制备及其析氢催化性能

氢能是一种具有高能量密度的清洁能源,如何有效的开发绿氢技术是当前社会首要解决的问题,而研发高效稳定的电解水产氢技术的电催化剂是一种可行性的方式,对促进氢能经济的发展具有重要的意义。通过水热-高温热解两步法合成了一种氮化铬支撑镍纳米颗粒的催化剂(Ni/CrN)。利用XRD、XPS、SEM以及TEM等测试手段对催化剂的形貌及结构进行表征,并在碱性环境下对催化剂进行电催化析氢性能的研究。结果表明,Ni/CrN形成了具有珊瑚状的微观结构,优化了电子结构,并且表现出了优异的析氢反应(HER)催化性能,在10 mA/cm²的电流密度下,Ni/CrN催化剂仅有66 mV的过电位和47 mV/dec的Tafel斜率,十分接近商业的Pt/C催化剂的析氢性能。在10 mA/cm²电流密度的循环稳定性测试中,Ni/CrN表现出比商业Pt/C电极更优越的催化稳定性。     

Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料制备及其电催化析氢性能

开发高效、稳定的电催化剂是实现电解水制氢反应(HER)的关键。成功制备以炔基化的聚乙烯醇(alkyne-PVA)改性的单层氧化石墨烯(GO)载体,以硼氢化钠为还原剂,将钯纳米颗粒(Pd-NPs)负载在碳基材料上,合成Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料。通过SEM、TEM、XRD、N₂吸附-脱附和XPS对所合成物质的形貌、结构、比表面积及孔径进行分析;采用电化学工作站测试催化剂的线性扫描伏安曲线(LSV)和Tafel 斜率,分析所合成催化剂的电催化析氢性能。结果表明Pd-NPs@alkyne-PVA/GO复合材料在酸性电解质中的电催化性能较好,其在电流密度为-10 mA·cm^-2时,过电位仅为-80 mV。     

静电纺丝制备镍铁纳米纤维及其析氧性能

高效的析氧反应（OER）催化剂对于高效的能量储存和转换是必不可少的。本文采用静电纺丝法结合一步煅烧成功制备了镍铁合金/铁酸镍复合纳米纤维（NiFe/NiFe₂O₄），通过调变煅烧气氛、温度、元素比例等条件并结合X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）和电化学等测试手段对材料进行了相关表征与分析。其中电化学测试结果显示，该材料对碱性介质（1mol/L KOH）中析氧反应具有较高的电催化活性，最佳样品在电流密度达到10mA/cm²时所需过电位为380mV，并且在计时电位法测试10h后也表现出极佳的稳定性。     

NF@Ni3S4@CoFe-LDHs电极用于尿素辅助碱性析氧

具有较高过电势的阳极析氧反应(OER)是电解水的关键半反应。利用理论过电势为0.37 V的尿素氧化反应(UOR)来降低阳极反应过电势。采用水热法在泡沫镍(NF)基底上原位构建NF@Ni₃S₄后，利用电化学沉积的方法在NF@Ni₃S₄表面生长Co Fe-LDHs，得到异质核壳结构NF@Ni₃S₄@Co Fe-LDHs电极。在尿素辅助碱性析氧反应过程中，该电极的分级结构可加快对中间产物的吸附和质子的解吸速率。在浓度为1 mol/L KOH电解液中，该电极在283 mV的过电势下可驱动100 mA/cm²的电流密度，塔菲尔斜率为55.9 mV/dec。在浓度为0.10、0.33和0.50 mol/L尿素与1 mol/L KOH混合电解液中，该电极均仅需1.33 V vs.RHE电压即可获得10m A/cm²的电流密度。在0.33 mol/L尿素和1 mol/L KOH混合电解液中，该电极可稳定运行20 h。     

自支撑Ni/MoN@NCNT的制备及其析氢性能

非贵金属基电催化剂的合理设计与合成,对降低HER过电位,提升电解水产氢效率具有重要意义。因此在泡沫铜表面合成了包含Ni/MoN与氮掺杂碳复合材料(Ni/Mo-NCNT)。当电流密度为10 mA/cm²时,展现出117 mV的HER过电位,并且500 mA/cm²电流密度下仅需要300 mV的过电位。     

涂液浓度对Ti基IrO2–MnOx阳极涂层形貌及析氧性能的影响

采用溶胶凝胶法在TA1钛基体上制备了IrO₂–MnO_x涂层阳极，探析了涂液浓度对阳极涂层结构和电催化析氧性能的影响。结果表明，阳极涂层中的Ir会以金红石型IrO₂的形式存在，Mn则以非晶态Mn₃O₄的形式存在。阳极涂层表面呈现“类山脊状”形貌，涂液浓度的升高会提高涂层的结晶度和表面裂痕数量，但不会对涂层的表面粗糙度产生显著影响。阳极涂层的析氧催化活性表面积主要是易与电解液接触的外活性表面积，涂液浓度的变化对其影响较小。阳极的电催化析氧活性和稳定性随着涂液浓度的升高会呈现出先提高后降低的趋势。涂液浓度为0.3 mol/L时所得阳极的使用性能最优。在0.5 mol/L的硫酸溶液中，50 mA/cm²的电流密度下，其析氧过电位为280 mV，预计寿命长达3年。     

NaFexCry(SO4)2(OH)6的合成及电化学性能研究

随着国内外能源的过度消耗和环境污染，寻求高效、清洁、可持续的能源已成为当前的首要任务。关于易合成的黄钠铁矾在析氧反应(OER)方面的研究较少。因此，通过水热法合成了4种不同铁铬物质的量比的铬掺杂黄钠铁矾[Na Fe_x Cr_y(SO₄)₂(OH)₆]催化材料。利用SEM、XRD、Raman和电化学方法对其结构和性能进行表征。结果表明，Cr³⁺成功地掺入到黄钠铁矾晶格中，随着Cr³⁺掺杂量的增加，黄钠铁矾颗粒尺寸逐渐减小；在1 mol/L KOH的电解液中，n(Fe³⁺)/n(Cr³⁺)为1∶1的样品的OER催化性能最佳；当电流密度为10 m A/cm²时，其过电位为370 m V，塔菲尔斜率为92.99 mV/dec，电化学双层电容(C_dl)为10.94 mF/cm²。     

金属有机骨架衍生的自支撑Co9S8/Ni3S2纳米片阵列用于高效电催化分解水性能研究

采用简单、可控的阳离子交换法和水热法在导电基底上成功构筑了具有自支撑纳米片阵列结构的Co_9S_8/Ni_3S_2电催化剂,在碱性电解液(1 mol/L KOH)中,采用三电极体系分别研究了Co_9S_8/Ni_3S_2的电催化析氧和析氢性能。在析氧性能测试中,Co_9S_8/Ni_3S_2/NF电催化剂获取50、100 mA/cm~2的催化电流密度所需要的过电位仅为230、280 mV。而在析氢性能测试中,Co_9S_8/Ni_3S_2/NF电催化剂获取-100 mA/cm~2的催化析氢电流密度所需的过电位仅为129 mV,同时该催化剂表现出了优异的电催化稳定性,其优异的电催化性能归因于其自支撑纳米片阵列结构,可提供更多的活性位点。