一步电沉积法制备Ni-Mo-Nd/NF复合电极及其析氢性能研究

目的 采用一步恒电流沉积法在泡沫镍基底上制备出镍-钼-钕三元析氢电极,提高碱性条件下的析氢性能。方法 使用电化学工作站研究工艺参数对Ni-Mo-Nd/NF析氢电极性能的影响,同时制备Ni-Mo/NF析氢电极,使用扫描电镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、能谱仪(EDS)和X射线光电子能谱(XPS)对合金镀层表面形貌、相结构、元素含量及成键状态进行表征。通过线性扫描伏安法(LSV)、循环伏安法(CV)及电化学阻抗技术(EIS)测试电极析氢性能。结果 最佳工艺参数为:pH=4.5,电流密度30 mA/cm²,沉积时间60 min,温度30 ℃。在1.0 mol/L KOH溶液中,Ni-Mo-Nd/NF电极在10 mA/cm²下的析氢过电位仅为73 mV,Tafel斜率为147 mV/dec,表明析氢反应机理遵循典型的Volmer-Heyrovsky步骤。此外,Ni-Mo-Nd/NF电极在长时电解24 h时电流密度保持稳定,2 000次循环伏安测试后,催化剂的活性衰减微小。结论 稀土元素Nd的掺杂,能够细化电极表面的球形颗粒并提高电极表面粗糙度,从而提升电极的比表面积,为析氢反应提供更多的活性位点,利于析氢反应效率的提高。由于三元合金的协同作用,与二元合金Ni-Mo/NF相比,Ni-Mo-Nd/NF三元合金电极显示出更优异的HER催化性能。