泡沫镍基Ni-P-W-Mo析氢电极的制备与电化学性能

以硫酸镍、次亚磷酸钠、钨酸钠、钼酸钠等为原料,采用一步恒电流电沉积法在泡沫镍基底上合成Ni-P-W-Mo析氢电极,借助X射线衍射、扫描电镜、能谱仪、X射线光电子能谱以及电化学测试等手段研究材料的表面形貌、元素组成以及电化学析氢性能。结果表明,Ni-P-W-Mo析氢电极在碱性溶液中析氢催化时有出色的催化活性和稳定性,仅需92 mV的过电位即可达到10 mA/cm²的电流密度,比Ni-P电极降低67 mV,电极的双层电容为42.98 mF/cm²,经过2 000次循环伏安(cyclic voltammetry, CV)测试后,析氢活性略微下降。Ni-P-W-Mo电极优异的催化性能可能是由于W、Mo的添加使电极的表面形貌更粗糙,电化学活性表面积和活性位点显著增加,同时自支撑电极结构可以有效降低界面传输电阻,提高电荷传输效率。     

沉积电流对Ni-Mo-Co合金析氢催化性能的影响

采用电沉积方法在Cu基体上制备出Ni-Mo-Co三元合金电极,主要研究了沉积电流对Ni-Mo-Co合金电极析氢催化活性的影响。采用扫描电子显微镜和X射线衍射技术分别研究了Ni-Mo-Co合金镀层的表面形貌、元素组成和晶体结构,采用稳态极化曲线和交流阻抗技术研究了Ni-Mo-Co合金电极在30%KOH溶液中的析氢催化性能。结果表明:电沉积Ni-Mo-Co合金外观呈银白色,表面光滑细致,为非晶态结构。合金电极的析氢催化性能随着沉积电流的增大表现为先升高后降低的趋势,当沉积电流密度为15 mA.cm-2时,获得合金镀层具有最低的析氢过电位η100=139 mV,显示出良好的析氢催化活性。其析氢反应为Volmer-Heyvosky反应机制,主要受电化学脱附步骤控制。     

聚苯胺包覆硒化镍的制备与析氢性能

采用水热和电化学沉积两步法制备泡沫镍(NF)负载的聚苯胺(PANI)包覆硒化镍(NiSe)析氢电极(PANI/Ni Se/NF),利用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱仪(XPS)以及电化学测试等手段对材料进行形貌、组成及电化学性能表征。结果表明,以氯化镍为镍源,用水热法可制备出泡沫镍负载的针状Ni Se,使用导电聚合物聚苯胺包覆不改变其形貌。PANI/Ni Se/NF电极的双电层电容为12 560μF/cm~2,大于NiSe/NF电极的9 200μF/cm~2,拥有更大的电化学活性面积,其析氢起始过电位比未包覆时降低了58 mV,Tafel斜率为133 mV/dec。电流密度为10 mA/cm~2时,PANI/Ni Se/NF电极的析氢过电位为203 mV,展示出优异的析氢催化活性。导电聚合物PANI的包覆不仅可提高硒化镍电极的析氢活性,而且可减小电荷转移电阻,加快电荷转移速率,并显著提高电极稳定性。     

铁元素对镍基Ni-S合金涂层电极析氢性能的影响

采用电沉积法在制备Ni-S合金涂层电极的基础上,向镀液中添加硫酸亚铁,在镍箔表面制备Ni-Fe-S三元合金镀层,利用扫描电镜和X射线衍射仪研究涂层的形貌和物相,利用X射线光电子能谱分析涂层的元素价态,用电化学工作站测试涂层电极在氢氧化钾电解质中的电催化析氢性能和耐蚀性能,并与Ni-S合金涂层电极进行对比。结果表明,Ni-Fe-S涂层电极表面由许多瘤状突起构成;Fe元素的加入提高了合金涂层的非晶度和对碱性电解质的耐蚀性;与Ni-S合金涂层电极相比,Ni-Fe-S涂层电极的析氢过电位降低128 mV(36.6%),表明电极对氢的析出反应具有较高催化活性。     

高活性复合多孔泡沫NiZn合金电极的制备与表征

采用电沉积、热处理与HCl腐蚀相结合的方法制备了具有纳米孔隙结构的复合多孔泡沫NiZn合金电极,用扫描电子显微镜(SEM)观测了电极的表面形貌,用能谱分析(EDS)研究了电极成分,采用氮吸附法对比了电极的比表面积和孔径,用X射线衍射(XRD)分析了电极相组成,用阴极极化曲线研究了在30%KOH(质量分数)溶液中电极的析氢电催化性能。结果表明,经600℃热处理后,泡沫NiZn合金电极形成孔隙结构,通过10%HCl进行腐蚀,在合金孔隙骨架表面形成纳米层状结构。与泡沫镍电极相比,泡沫NiZn合金电极比表面积更大,且纳米材料具有良好的催化活性,在电流密度200mA·dm-~(2)时,600℃处理后和HCl处理后的泡沫NiZn合金电极析氢过电位分别降低了222,276mV,说明该复合多孔泡沫合金电极可以显著降低析氢过电位,提高电极的析氢活性。     

MXene/磷化钴复合材料电催化制氢性能研究

针对传统电催化剂材料导电性差、活性位点易堵塞等问题,采用高导电性和优异亲水性的二维碳化钛钒(MXene)作为催化剂负载基底,在此基础上与具有高比表面积的金属有机框架衍生的磷化钴结合制备电解水制氢阴极材料。利用X射线衍射仪(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、密度泛函理论计算(DFT)和电化学测试等手段,研究了复合电极材料的晶体结构、表面形貌特征、活性位点电子结构和电化学特性。结果表明,有机配体中的碳氮元素能有效调节电极材料中活性位点的电子结构,从而改善吸脱附动力学条件;二维MXene进一步降低了电极材料电荷转移电阻,所制备的催化剂在10 mA/cm²电流密度时仅需要114 mV的过电位,且长时间工作后依然保持稳定。研究结果为制备高性能非贵金属析氢催化剂提供了参考和思路。     

非金属掺杂对降低电解水制氢能耗的机理研究

理想的高效析氢电极材料应具有析氢过电位低、电催化活性高、导电性好、电化学稳定性好以及抗腐蚀性强等特点。铂族类金属被认为是目前最好的电催化剂,他们能够在非常接近热力学反应电动势的电压下实现析氢反应。但其稀缺性和昂贵的成本严重制约了它们的商业应用。因此,对于由高丰度元素组成的电催化剂的设计与制备成为当前析氢反应的研究热点。增加催化剂材料的活性位点数目和提高材料本身的导电性是优化金属硫属化合物电催化剂材料析氢性能拟解决的关键问题。     

TiO2对Sn-Ni合金电极析氢性能的影响

采用电沉积法在纯铜表面制备了Sn-Ni/TiO_2复合电极,采用扫描电镜、能谱仪、激光共聚焦显微镜、阴极极化曲线和电化学阻抗谱对电极的形貌、成分、粗糙度和析氢性能进行了研究。结果表明,随着TiO_2质量浓度从0 g/L增加到1.0 g/L,电极的析氢性能先增强后减弱;TiO_2质量浓度为0.8 g/L时所制备的Sn-Ni/TiO_2电极TiO_2含量最高,表面观察到TiO_2花粉状团聚物,粗糙度最大,析氢性能最佳。     

Ti/SnO2-Sb:Eu3+电极制备及性能表征

以SnCl4·5H2O、Sb2O3和Eu2O3为原料,以钛片为基体,采用涂层热解法制备了Eu3+掺杂Ti/SnO2-Sb电极.研究了电极的电化学性能,对所制备的电极作LSV和Tafel曲线,以对硝基苯酚为目标降解有机物,考察了电极的电催化活性.分析Eu3+掺杂量对电极性能的影响,采用X-射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等检测方法对Eu3+掺杂Ti/SnO2-Sb电极表面涂层的晶体结构、形貌和元素组成进行了研究;,发现掺杂量为1％的电极的性能最佳,此条件下得到的电极有高的析氧电位和电催化活性,以及较好的电极涂层结构和覆盖度.     

Ni-Mo-Co合金电极制备工艺的研究

采用电沉积方法制备出Ni-Mo-Co三元合金电极,研究了沉积电流密度、镀液温度及镀液pH值等条件对合金电极析氢催化活性的影响.采用EDS和XRD分析合金电极的化学组成和晶态结构.通过对极化曲线的比较分析得出最佳制备工艺条件为:电流密度15 mA/cm2,镀液温度25℃和pH值为10.该条件下制备的Ni-Mo-Co合金电极为非晶态结构,外观呈银白色,表面光滑致密,其化学组成为34.09%Ni、59.51%Mo、6.40%Co.在30%KOH 溶液中,其析氢过电位为η100=112mV,比Ni电极降低了352 mV,表现出良好的析氢催化活性.     

电沉积Co-Ni-W合金电极在碱性溶液中的析氢电催化活性

用电沉积的方法制备了Co Ni W合金电极。用稳态极化曲线法和交流阻抗技术研究了其在 7mol·L- 1 NaOH溶液中的析氢电催化活性。结果表明 :在碱性条件下 ,Co Ni W合金电极比Ni Co ,Ni W合金电极具有更低的析氢过电位 ,其析氢的表观活化能为 44 .2kJ·mol- 1 ,具有较高的析氢催化活性 ,是一种有工业应用前景的的析氢电催化活性电极。     

一种高效双功能电催化剂CoP/Co@NPC@rGO的制备

简单的热处理和热处理磷化ZIF-67/氧化石墨烯（GO）前驱体得到具有典型的多孔碳结构特征的CoP/Co@NPC@rGO纳米复合材料电催化剂。通过扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、拉曼光谱（Raman）和N₂等温吸脱附曲线等对其形貌、成分和结构进行分析和表征。采用线性扫描伏安法、电化学阻抗谱和计时电位法探讨了CoP/Co@NPC@rGO纳米复合电催化剂对氢气析出反应（HER）和氧气析出反应（OER）的电催化活性和稳定性。结果表明,CoP/Co@NPC@rGO?350在1.0 mol·L–1 KOH溶液中达到10 mA·cm?2电流密度的析氢过电位仅127 mV;同时,在1.0 mol·L–1 KOH溶液中显示出优于贵金属RuO₂的析氧性能,达到10 mA·cm?2电流密度的过电位为276 mV,塔菲尔斜率仅为42 mV·dec?1。这种高析氢和析氧电催化活性主要归因于高度石墨化的N掺杂多孔碳与N掺杂石墨烯之间的协同效应。CoP/Co@NPC@rGO是电催化全解水电催化剂的候选材料,且为基于金属有机骨架（MOFs）/氧化石墨烯复合材料的高效电催化剂的设计开辟了一条新的途径。      

锌电积用阳极材料Pb-Ag/PbO电化学性能研究

研究了PbO附着于Pb-Ag极板表面对电极电化学性能的影响，通过一步电沉积法获得了Pb-Ag/PbO、Pb-Ag/PbO-Co、Pb-Ag/PbO-Mn、Pb-Ag/PbO-Co-Mn 4种复合阳极。通过X射线衍射(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对电极表面形貌和结构进行表征。在模拟锌电积体系中，采用循环伏安曲线(CV)、阳极极化曲线、电化学交流阻抗谱(EIS)对电极电化学性能进行了测试。结果表明：PbO呈片状团聚型结构，Co和Mn掺杂后PbO晶粒被细化，利于活性位点的充分暴露；相对于Pb-Ag电极，沉积电极亲水性有效改善，利于多相反应的发生；相对于Pb-Ag阳极，PbO镀层阳极(包含Co、Mn掺杂电极)具有一定的OER催化活性和更好的耐腐蚀性，在锌电积中展现出较低的槽电压。     

锌电积过程中锰元素对铝阴极的电化学行为影响

传统湿法炼锌工艺采用纯铝板作为阴极,但随着锌精矿品位的降低,电解液中杂质离子含量增大,造成阴极腐蚀消耗增加.本文以铝锰合金为研究对象,研究锰作为添加元素,与铝形成良好铝锰合金阴极材料的电化学行为,进一步提高铝阴极的耐蚀性和电催化活性.采用交流阻抗、阴极极化曲线、恒电流极化曲线、塔菲尔曲线等分析方法,探讨不同Mn元素含量对铝锰合金在40℃恒温条件,Zn²⁺ 65 g·L^-1和H₂SO₄ 150 g·L^-1溶液中电化学行为的影响.研究结果表明:相比纯铝电极,添加Mn元素的铝锰合金电极的耐蚀性普遍提高,腐蚀电流均减小;随着Mn含量的增加,腐蚀电流逐步降低,腐蚀电位与Mn含量增加无明显变化规律;当Mn质量分数为1.5%时腐蚀电流达最低(1.11 mA·cm^-2),腐蚀电位最小(-1.0954 V);零电势下,表观电流密度i₀受Mn元素的添加影响显著,i₀随Mn含量增加呈现出先增大后减小的趋势,在Mn质量分数1.5%时达到最大值3.7462×10^-16 mA·cm^-2,远大于纯铝电极4.8027×10^-33 mA·cm^-2,整体变化幅度明显,电极的电催化活性得到提高;不同电流密度下的析氢过电位和纯铝电极的整体接近,电化学过程均为电化学传质步骤控制.综合考虑电极材料的耐蚀性和电催化活性,含Mn质量分数1.5%的铝锰合金可作为理想的电积锌阴极使用.     

Ir_(1-x)Ru_xO_2/Ti析氧阳极的电催化活性研究

以氯铱酸为主要的前驱体,采用加热分解法制备了不同Ru含量的Ir1-xRuxO2/Ti析氧阳极,并采用扫描电镜,循环伏安,恒电流电解,线性极化等测试手段对电极进行表征和测试。电化学测试结果表明当Ir,Ru的摩尔比为3∶2时,500mA.cm-2恒电流水解电位最低,为1.4V(vs.SCE);循环伏安测试表明,Ir0.6Ru0.4O2/Ti的伏安电量亦达到最高,达到1271mC.cm-2,析氧电催化活性点最多。SEM表面形貌进一步证实了Ru的加入使得电极的表面的多孔结构更加明显,当Ir,Ru摩尔比为3∶2时,电极表面颗粒最小,孔隙率最高,亦表明该电极的电化学活性表面积最大,电催化活性最高。     

铝棒低银铅合金表面陶瓷化复合阳极的制备与性能

为获得一种锌电积用低成本、低析氧电位和高催化活性的阳极,在铝棒表面通过挤压复合技术包覆Pb-0.2% Ag合金得到Al棒Pb-0.2% Ag阳极.在含氟的硫酸溶液中,通过阳极氧化在Pb-0.2% Ag合金和Al棒Pb-0.2% Ag合金阳极表面形成具有高催化性能的膜层,采用显微图像分析仪和数显显微硬度计表征了膜层的厚度及硬度,并通过电子拉伸试验对比了两种阳极的极限抗拉强度.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、循环伏安法、阳极极化和交流阻抗法等技术手段研究了Al棒Pb-0.2% Ag与Pb-0.2% Ag阳极表面氧化膜层的物相、形貌以及电化学性能.结果表明:Al棒Pb-0.2% Ag阳极相比Pb-0.2% Ag阳极表面易生成致密较厚的氧化膜层,且膜层硬度提升了41.64%,其氧化膜层主要物相均为电催化活性良好的β-PbO₂.新型阳极的极限抗拉强度是传统阳极的1.3倍,大大改善了阳极材料的机械性能.阳极极化曲线数据显示Al棒Pb-0.2% Ag/PbO₂阳极在电积锌体系中具有较低的析氧电位(1.35 V vs MSE,500 A·m-2)和较高的交换电流密度(7.079×10-5 A·m-2).循环伏安曲线和交流阻抗数据显示Al棒Pb-0.2% Ag/PbO₂阳极具有较高的电催化活性、较大的表面粗糙度和较小的电荷传质电阻.在电积锌实验中,栅栏型Al棒Pb-0.2% Ag/PbO₂阳极相比传统Pb-0.2% Ag阳极平均槽电压下降了75 mV,而且大大减少了阳极泥的产生.      

高能球磨活化二硫化钨的制备及其电催化析氢性能研究

采用高能球磨对商业二硫化钨进行活化处理,通过控制球磨工艺,制备出不同活化程度的WS₂析氢电催化剂。通过XRD、Raman、SEM、TEM、XPS等系列表征和电化学分析,系统研究其成分结构与电催化析氢性能。结果表明：在酸性电解液中,350 r/min球磨活化处理12 h后的WS₂样品表现出最佳析氢性能,其在电流密度为10 mA/cm²时的过电位η₁₀为245 mV,塔菲尔斜率为141 mV/dec,远优于未球磨样品,其性能提升主要归因于球磨过程中的高能撞击产生强力剪切和剥离作用,使晶粒破碎细化,比表面积增大的同时产生大量的孔洞缺陷和空位,暴露出更多活性位点和边缘缺陷。     

电沉积合成镍/氢氧化镍/聚苯胺薄膜及其电容特性

采用电沉积法合成以铜箔为基底的Ni/Ni(OH)₂/PANI复合电极材料。首先通过电沉积法将Ni/Ni(OH)₂纳米层沉积于铜箔表面,然后通过电化学聚合法在三电极体系下在其表面沉积一层聚苯胺薄片。采用SEM、TEM、FT-IR、XPS、CV、GCD和EIS对Ni/Ni(OH)₂/PANI的形貌、结构以及电化学性能进行了研究。结果表明,Ni/Ni(OH)₂/PANI具有较高的比电容和优异的循环性能。Ni/Ni(OH)₂PANI在1 A/g电流密度时具有1 400 F/g的比电容,当电流密度从1 A/g增加到10 A/g时,其容量保持率为62.7%,表现出良好的倍率性能,并且在10 A/g的高电流密度下循环2 000次后其容量保持率为76%。聚苯胺薄片沉积在Ni/Ni(OH)₂基体表面可以降低电极表面的电荷转移阻抗,同时起到保护电极的作用,使复合电极的电化学循环性能得到改善。     

电沉积Ni-Mo-C合金电极析氢机理的研究

采用电沉积法在纯铜表面制备Ni-Mo-C合金电极材料,采用线性伏安扫描法(LSV)、循环伏安(CV)和电化学阻抗谱(EIS)等方法对Ni-Mo-C合金在1 mol/L NaOH溶液中的析氢机理进行研究。结果表明:Ni-Mo-C电极表面发生的析氢反应(HER)是分步进行的,即H_(ads)的吸附和脱附,两步反应均为受扩散控制的不可逆反应;C元素可通过抑制H_(ads)的吸附,增强电极对H_(ads)的脱附能力,进而提高合金的析氢性能;高电极电位下,Mo会与Ni发生协同效应,增强合金的析氢性能。     

酸处理对PtCu/CeO_x复合膜电极析氢性能的影响

通过IBS技术制备PtCu/CeOx复合膜电极,在不同的酸处理条件下对膜电极进行后处理。XRD分析结果表明,PtCu/CeOx复合膜电极表层形成了PtCu置换固溶体合金,原有的Pt晶格受压应力收缩,导致晶面间距缩小。AFM分析结果表明,经过50℃酸处理后的PtCu/CeOx复合膜电极表面平均粗糙度增大4.2%。电化学性能测试结果表明,在不同的酸处理条件下,电极的析氢催化性能有显著提高,用50℃的0.5 mol/L H2SO4溶液酸处理30 min可以使其析氢电位正移30.8%,同时析氢性能提升约21.6%。