钛基Ni-Co-P非晶合金镀层电极的析氢性能

通过电沉积在钛基体上制备了非晶态Ni-Co-P合金镀层.在7mol/L NaOH溶液中进行的电化学测试结果表明,Ni-Co-P合金电极的析氢过电位明显低于镀镍阴极和纯钛阴极;计算了电极析氢反应的电化学动力学参数,表明非晶态Ni-Co-P合金电极具有较好的析氢电催化活性.     

泡沫基材-Ni-石墨烯复合镀层制备及电催化析氢性能研究

目的 采用电沉积技术在泡沫基材上沉积制备Ni-石墨烯复合镀层,期望借助泡沫基材的三维多孔结构和石墨烯的超高比表面积来改变复合材料的表面状态,进而获得高镀层的电催化析氢性能。方法 采用电沉积技术将石墨烯作为第二相粒子沉积,制备了泡沫基材-Ni-石墨烯复合电极,通过SEM和EDS研究了其微观形貌及成分,并利用电化学工作站完成了镀层电极的极化曲线、交流阻抗和电解水稳定性测试,使用控制变量法探究了镀层厚度、镀液石墨烯浓度和基材形貌对镀层电催化析氢活性的影响。结果 SEM和EDS表征发现,镀层表面形貌受镀液中石墨烯浓度影响较大,石墨烯作为第二相嵌入镀层后,明显改变了复合镀层的表面形貌,其存在形态为颗粒状,在150 mg·L^–1时颗粒堆积最多。进一步利用电化学分析技术探究了镀层厚度、镀液石墨烯浓度和基材形貌对电极电催化析氢性能的影响,发现在一定范围内,不同厚度镀层的电催化析氢活性基本相同;石墨烯质量浓度为150mg·L^–1时制得的电极的电催化析氢性能最优,析氢过电位为211.2m V(vs.RHE),且电解水稳定性良好;泡沫基材镀层的电催化析氢活性明显优...     

Ni-Cr-Mo-Cu多孔磷化物电极的制备及电催化析氢性能研究

为了解决电解水析氢过程中所用电极材料的低效率、高成本问题,采用粉末冶金法—低温磷化法制备了一种Ni-Cr-Mo-Cu多孔磷化物电极。采用X射线衍射分析(XRD)、场发射电镜(SEM)、X射线能谱分析(EDS)等对电极的物相、形貌结构以及元素分布等进行表征;通过开路电位、线性极化、交流阻抗等方法测试了磷化物电极材料的电催化析氢性能。结果表明Ni-Cr-Mo-,Cu多孔磷化物电极具有优异的析氢性能,调节磷化时间可在较大程度上提高其析氢催化活性。在室温条件下,磷化时间为2小时的Ni-Cr-Mo-Cu多孔磷化物电极在6mol/L KOH的溶液中析氢性能较好,其析氢过电位仅有-0.19V (vs RHE),交换电流密度为10mA/cm2时对应的极化电位为-0.20V (vs RHE);经开路电位测试18000s后,电极材料的开路电位 (η) 从+0.80变化为0.78V (vs RHE),仅降低0.02 V,表明其具有良好的电催化稳定性。     

镍基析氢电极在碱性溶液中析氢行为

采用元素粉末反应合成法制备多孔Ni_3Al-Mo电极。采用扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)对多孔Ni_3Al-Mo电极的孔结构进行表征,通过极化曲线和电化学阻抗技术表征多孔Ni_3Al-Mo电极的电解析氢行为。结果表明:多孔Ni_3Al-Mo电极孔隙率为47%,最大孔隙为2.7μm,平均孔隙约2.1μm。与多孔Ni_3Al电极和多孔Ni电极相比,多孔Ni_3Al-Mo电极具有较低的析氢过电位和较高的交换电流密度,表明多孔Ni_3Al-Mo电极具有较高的析氢活性;经过阳极处理后,多孔Ni_3Al-Mo电极的析氢活性可以恢复到原来的大小,且连续电解120 h后,析氢过电位变化不大,表明多孔Ni_3Al-Mo电极具有优异的电化学稳定性。     

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。     

层状复合基体材料电极的性能研究

利用Ti-Al、Ti-Cu层状复合材料替代传统钛电极单一钛基体,对比研究其涂层电极与传统钛涂层电极的电化学性能差异,进行电极基体材料的导电性测试、涂层表面的微观形貌观察和线性伏安曲线(LSV)、循环伏安曲线(CV)等电化学分析.结果表明:采用钛-铝、钛-铜复合材料对基体材料进行改进,提高了电极的导电性,并有效地提高了极板的电化学性.     

Hydrogen Evolution Reaction of the Electrodeposited Amorphous Ni--S—Co Alloy in Alkaline Medium

通过电沉积方法获得了Ni-S-Co非晶合金镀层．电化学测试结果表明，非晶态Ni-S-Co合金电极的析氢过电位仅为70mV，析氢反应的电化学活性高于其它种类的电极(包括非晶态Ni-S合金电极)，计算了电极的电化学参数(Tafel斜率b,交换电流密度i0和表观活化能△H^*)．XRD和SEM测试表明，在电解过程中，非晶态Ni-S-Co合金电极的电化学稳定性高于非晶态Ni-S合金电极．长时间电解实验表明，非晶态Ni-S-Co合金电极在模拟工业电解条件下具有相当高的活性和稳定性．     

Ni-Co合金的制备及其析氢电催化性能

通过真空熔炼与固溶处理相结合的方法获得Ni_(30)Mn_(70)和Ni_(20)Co_(10)Mn_(70)前驱体合金,利用电化学脱合金化法制备纳米多孔Ni及Ni-Co合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能。结果表明:Co的加入与Ni形成协同效应,能够有效提高合金电催化活性,且在一定程度上提高了纳米多孔Ni的电化学稳定性。Ni_(20)Co_(10)Mn_(70)制得的纳米多孔Ni-Co合金表面积是纳米多孔Ni的1.609倍,在0.1 A/cm~2电流密度下,析氢过电位仅128 m V,经10 h连续电解,表现出良好的析氢电催化活性及电化学稳定性。     

Ni-Cr-Cu三元合金电极制备及其析氢性能研究

以废旧紫铜片为基体,Ni粉、Cr粉为覆膜材料,通过活化反应烧结法制备了Ni-Cr-Cu三元合金电极材料。采用X射线衍射分析(XRD)、场发射电镜(SEM)、能谱(EDS)等对电极的物相、形貌结构、元素分布以及析氢产物进行表征;通过循环伏安、线性极化、交流阻抗等方法测试了合金电极材料的电催化析氢性能。结果表明,Ni-Cr-Cu三元合金薄膜电极具有优异的析氢性能,调节Cr元素的含量可提高其析氢催化活性,在室温条件下,Ni30%Cr-Cu三元合金电极材料在6 mol/L KOH的溶液中析氢性能较好,其析氢过电位仅有-0.13 V (vs RHE),交换电流密度为10 mA/cm~2时对应的极化电位为-0.145 V (vs RHE);经开路电位测试36 000 s后,电极材料的开路电位(η)从0.05 V变化为0.02 V,仅降低0.03 V,表明析氢电极化学稳定性良好。     

添加剂Pr2O3和Er2O3对电沉积Ni-S合金电极性能的影响

以氧化镨、氧化铒为添加剂,在泡沫镍基体上电沉积制备Ni-S镀层电极。对镀层的表面形貌、镀层结构、电沉积行为及镀层的电化学性能进行研究。结果表明：电镀液中添加稀土氧化物后电沉积过程的阴极极化增强,沉积层晶粒细化,比表面积增大,因而电极的析氢过电位降低;其中,添加Pr203的Ni-S镀层在250mA／cm2下碱性水电解时过电位降低达37mV,且该镀层电极在碱性介质下具有较高的析氢活性和耐腐蚀性能,在100h水电解实验中表现出较强的稳定性。     

Bi对Pb-Al层状复合电极材料制备与性能的影响

采用热物理温度场浸镀成Al-Bi双金属层状板材,并利用液固包覆技术制备Pb-Bi-Al层状复合电极材料,借助线性扫描伏安法(LSV)、SEM、抗弯曲性能试验等测试手段对样品的结构与性能进行表征.结果表明,第三组元过渡金属Bi的引入,实现了Pb与Al之间的冶金结合,所制得的Pb-Bi-Al层状复合电极材料与同体积的传统Pb合金电极相比,机械强度提高33.7%,质量减轻11.0%,电极极化电位降低21.8%,且在极化区具有趋近于0的致钝电流.因此,Al-Bi-Pb层状复合电极材料是一种质量轻、导电好、强度高、耐腐蚀的电极材料,有着重要的开发应用前景.     

高熵合金电解水电极的研究进展

开发合适的催化材料,制备出高性能、大规模、低成本的催化电极,可减少电解水过程的能量消耗、提升制氢效率。高熵合金由于具有高催化活性,在催化电极应用方面受到广泛关注。综述了应用于电解水过程中析氢反应和析氧反应的高熵合金催化电极的研究进展。首先简述了电解水制氢的工业背景和电化学原理;分析了高熵合金催化活性的来源,即杂化能带结构带来的更为合理的表面吸附能和更多的表面活性位点,以及其特有的高熵效应与“鸡尾酒”效应对整体催化活性的影响;接着讨论了高熵合金的成分设计理念,即通过非贵金属元素的替代来降低成本,同时通过改变合金化元素含量提高高熵合金的内禀活性、增加表面活性位点数量;介绍了第一性原理计算在高熵合金催化机理研究、催化表面吸附能调控、合金成分高通量筛选中的应用;总结了高熵合金平板、多孔、负载纳米颗粒催化电极制备的工艺特点,以及其中的问题与挑战;最后对未来高熵合金电催化电极的发展前景和研究方向进行了展望。     

A new method to improve surface morphology of Ni-Fe-Mo-Co alloy electrode and its catalytic activity for HER

A new pretreatment method has been developed to improve the catalytic activity of the Ni-Fe-Mo-Co alloy elec- trode for hydrogen evolution reaction (HER). The procedure involves pre-electrolyzing the Ni-Fe-Mo-Co alloy electrode in 30% KOH solution containing 10% potassium sodium tartrate at 70°C for 2 h, until some of the Mo and Fe elements are leached out. The surface morphology of the Ni-Fe-Mo-Co alloy demonstrates a unique hive-like structure after the pre- treatment, which has the pore size in a nanometer range (about 50 nm), a very large real surface area, and good stability. The results of the electrochemical studies show that compared to other similar electrode materials and the treated Ni-Fe-Mo-Co electrode by leaching method, the pre-treated Ni-Fe-Mo-Co electrode has a much lower overpotential and much higher exchange current density for HER. In addition, a long-term continuous electrolysis test with a current interrup- tion shows that the Ni-Fe-Mo-Co alloy has excellent catalytic stability.     

Surface structure and catalytic activity of electrodeposited Ni-Fe-Co-Mo alloy electrode by partially leaching Mo and Fe

1 Introduction The chlorine alkaline industry and the production of hydrogen by electrolyzing water have disadvantages of high cost and energy consumption, so it is especially important to study and develop a high catalytic activity and good stability el…     

基于TNTs中间层的钌铱钽氧化物阳极制备及强化寿命研究

目的 通过TNTs(TiO2纳米管阵列)中间层的引入以及涂层成分调控,制备具有优异析氯性能的长寿命金属氧化物阳极.方法 采用阳极氧化法及热处理工艺,在钛基体上原位生长导电性良好、化学性质稳定的TiO2纳米管阵列,进而通过涂覆、热分解法制备不同组成的RuIrTa氧化物复合电极.利用场发射扫描电镜(FESEM)、X射线衍射...     

大气等离子喷涂制备梯度多孔电极及其碱式电解水性能研究

目的 探索电极的梯度多孔结构对碱式电解水析氢性能的影响。方法 采用大气等离子喷涂工艺制备不同Al含量的涂层,经化学腐蚀后,得到单一多孔电极和梯度多孔电极。通过SEM/EDS、XPS、XRD和工业CT对样品微观形貌、元素价态、物相等进行表征和分析,采用线性扫描伏安法(LSV)、循环扫描伏安法(CV)和电化学阻抗谱法(EIS)等手段研究样品的析氢性能。结果 通过控制Al的添加量,可以有效控制涂层的孔隙率。通过多组粉末的配合喷涂,成功实现了梯度多孔结构的制备。所制备样品的析氢Tafel斜率都接近于120 mV/dec,其析氢速率控制步骤皆为Volmer过程,即水分子吸附和解离过程。N30A表面最平整,表现出最接近电容的阻抗特性,其电解性能也因此最差;N40A表现出与N50A类似的阻抗特性,但其整体孔隙率较低,因此其电解性能较差;低电流密度下,N50A和N543A表现出十分接近的电解性能,而高电流密度下N543A表现出更加优越的电解性能。结论 梯度多孔结构的引入可以促进电解液的输运,同时提供较好的排气能力,又能保证足够的反应活性位点,因此可以有效提升析氢性能。     

Pb-Al层状复合电极材料制备与性能初探

以Pb-Al层状复合电极材料与传统Pb合金电极为研究对象,通过在Pb与Al合金之间引入过渡金属Sn,通过物理场热镀膜及热包覆的方法制备Pb-Sn-Al层状复合电极材料,与Pb合金电极对比研究了其物理性能及电化学行为;测试了电阻分布、质量、电极极化曲线、耐蚀性、槽电压等.结果表明:与传统Pb合金电极相比,其电阻减少24%,质量减轻37.6%,电极极化电位降低2.3%,腐蚀损耗降低90.8%,槽电压降低200mV.因此Pb-Sn-Al层状复合电极材料是一种密度小、导电好、耐腐蚀的电极材料,有着重要的开发应用前景.     

A review and perspective on molybdenum-based electrocatalysts for hydrogen evolution reaction

Water electrolysis has been considered as a sustainable way for producing renewable energy of hydrogen.However,this process requires a low-cost and high-efficient hydrogen evolution reaction(HER) catalyst to improve the overall reaction efficiency.Molybdenum(Mo)-based electrocatalysts are regarded as the promising candidates to replace the benchmark but expensive Ptbased HER catalysts,due to their high activity and stability in a wide pH range.In this review,we present a comprehensive and critical summary on the recent progress in the Mo-based electrodes for HER,including molybdenum alloys,molybdenum sulfides,molybdenum selenides,molybdenum carbides,molybdenum phosphides,molybdenum borides,molybdenum nitrides,and molybdenum oxides.Particular attention is mainly focused on the synthetic methods of Mo-based materials,the strategies for increasing the catalytic activity,and the relationship between structure/composition and electrocatalytic performance.Finally,the future development and perspectives of Mo-based electrocatalysts toward high HER performance are proposed.     

石墨烯/纳米金刚石复合电极性能研究

为开发具有高能量密度、高功率密度和长寿命的超级电容器复合电极,将纳米金刚石(nano dia-mond,ND)经真空热处理获得石墨化纳米金刚石(graphitized nano diamond,GND),再采用超声法将不同质量比的石墨烯与GND制备成复合电极,进行电化学性能测试并分析其结构.电化学性能测试结果表明:质量...