泡沫镍负载NiFeMoCu析氢阴极电极材料的电化学制备研究

以泡沫镍(NF)为基板,分别通过恒电位法(i-t)和计时电位法(CP)沉积镍铁钼铜四元合金,经去合金化处理,获得了具有高催化活性的析氢阴极电极材料NiFeMoCu/NF。电沉积过程设计了6种电解液配方进行优选,去合金化处理时采用恒电位法(i-t)分别进行了金属铜的原位溶出和独立溶出。结果表明:参照配方4的物料配比组织电解液,以计时电位法沉积四元合金,经铜的独立溶出后制得了由纳米颗粒堆积而成团簇状结构的析氢电极材料。在1mol/L KOH溶液中,催化电流密度为10mA/cm~2时,NiFeMoCu/NF电极的析氢过电位仅为65mV,其高催化活性主要归因于镍铁钼铜四元合金的金属间协同作用。     

深共晶溶剂中电沉积制备Co-Fe-Gd/NF电极及其析氢性能研究

为了制备出在碱性环境中具备高效能的廉价析氢电极催化剂,选择不同的沉积电位在氯化胆碱-尿素(ChCl-urea)中电沉积制备出五种Co-Fe-Gd/NF电极催化剂。通过扫描电镜(SEM)和光谱仪(EDX)对电极表面形貌、元素含量及分布情况进行表征,X射线光电子能谱(XPS)对电极表面化学性质进行表征。结合线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗技术(EIS)和循环伏安法(CV)电化学测试结果,表明-1.24 V沉积电位下制备的Co-Fe-Gd/NF-3电极具备优异的析氢催化性能,在10 mA·cm^-2时的过电位仅为71 mV,最小的塔菲尔斜率(45 mV·dec^-1)与电荷转移电阻(0.28503Ω·cm^-2)表明其具备更快的析氢反应动力学过程,电化学活性表面积(ECSA)最大为390.5,为析氢过程提供更多的反应活性位点。对电极进行循环伏安耐久性测试与计时电流法(I-t)测试,结果表明Co-Fe-Gd/NF-3电极催化剂在碱性环境中稳定性良好。     

NiFe-植酸复合物的室温制备及其全解水电催化性能

制备高稳定性、高活性双功能催化剂用于全解水制氢是氢能源大规模商业化应用的重要环节之一。本文以植酸(PA)、六水合氯化铁(FeCl₃·6H₂O)和六水合氯化镍(NiCl₂·6H₂O)为原料,采用两步室温浸渍法在泡沫镍(NF)上制备了片状无定形植酸-镍铁双金属复合材料(NiFe-PA)。采用线性扫描伏安法(LSV)考察了NiFe-PA修饰NF电极(NiFe-PA/NF)在碱性条件(1.0 mol/L KOH)的电解水催化性能。实验结果表明：由于NiFe双金属之间的协同效应,NiFe-PA/NF作为双功能催化剂显示出优越的析氧和析氢性能。NiFe-PA/NF电极在50 mA·cm^-2电流密度下析氧反应的过电位仅需220 mV;在10 mA·cm^-2电流密度下的析氢反应的过电位为135 mV。将NiFe-PA/NF组装成双电极系统用于全解水,达到10 mA·cm^-2电流密度的电池电压仅需1.61 V,低于贵金属催化剂体系RuO₂     

Ni-Co-B-RE(Sm、Dy、Tb)复合电极:化学沉积法制备及电催化析氢性能研究

开发低成本、高活性的非贵金属电催化剂对电解水的实际应用具有重要意义,稀土(Rare Earth, RE)元素因其独特的电子结构成为金属催化剂改性的研究热点,但在泡沫镍(NickelFoam,NF)基体上制备稀土复合催化剂的方法存在成本高、工艺复杂和耗时长等问题。本研究采用一步化学沉积法,在NF基体上制备了三种稀土复合电极Ni-Co-B-Tb/NF、Ni-Co-B-Sm/NF和Ni-Co-B-Dy/NF,对催化电极的结构和形貌进行了表征,并研究其在1mol·L–1KOH溶液中的析氢性能。结果表明,添加Sm、Dy和Tb可使电极的电子结构发生改变,改善催化剂材料的本征性质,进而提高析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction, HER)的催化性能。其中, Ni-Co-B-Tb/NF表现出最佳的析氢性能,达到10mA·cm–2的电流密度仅需58mV的过电位,Tafel斜率为65mV·dec–1,析氢反应由Volmer-Heyrovsky步骤控制。进一步研究发现稀土浓度对电催化性能影响较大,当Tb浓度为3g·L–1时,Ni-Co-B-Tb/NF表面颗粒尺寸较小且分布均匀,暴露...     

非晶Nd-Ni-B/NF稀土复合电极材料的制备及其析氢性能

本研究采用简单的一步化学沉积法制备非晶纳米Nd-Ni-B/NF稀土复合电极并研究其析氢(Hydrogen evolution reaction, HER)性能。通过各种测试方法对纳米电极材料进行物相分析和形貌表征,并探索其电催化析氢性能和稳定性。结果表明, 稀土Nd可提高电极的电催化析氢性能, 当硝酸钕浓度为3 g?L^-1时, 恒温35 ℃下施镀1 h, 制备的Nd-Ni-B/NF电极析氢性能最佳。Nd-Ni-B/NF(Nickel foam)电极在1.0 mol?L^-1KOH 溶液中, 20 mA?cm^-2电流密度下的析氢过电位仅为180 mV, Tafel斜率为117 mV?dec^-1, 析氢反应由Volmer-Heyrovsky步骤控制。此外, Nd-Ni-B/NF电极具有优越的电化学稳定性, 在持续电解12 h或2000次循环伏安测试后, 催化剂的活性没有明显衰减。     

NiS2@MoS2/CC纳米复合材料的制备及其电催化析氢性能的研究

电解水产氢是近来研究的热点,电极催化材料是影响析氢反应的重要因素。通过两步水热法,成功在碳布上合成了NiS_2@MoS_2三维异质结构复合催化剂(NiS_2@MoS_2/CC)。在碳布上垂直排列的NiS_2纳米片为MoS_2提供了良好的支撑,在暴露更多边缘活性位点的同时,也为析氢反应提供了快速的物质传输通道。合理的界面设计促使NiS_2和MoS_2发挥协同作用,改善催化剂表面电子状态,从而体现出更好的析氢催化活性。电化学测试表明,NiS_2@MoS_2/CC具有较大的电化学活性面积,在碱性条件下驱动10mA/cm~2析氢反应电流密度的过电位为106 mV,Tafel斜率为61.1 mV/dec,远优于单一的MoS_2/CC和NiS_2/CC催化材料。     

AC/Ni-Co复合电极材料的制备及其催化析氢性能

采用复合电沉积法制备了AC(活性炭) / Ni-Co 复合电极。XRD 和SEM 测试结果表明, AC 微粒的复合未改变Ni-Co 合金电极的物相结构, 但使镀层的表面粗糙度和真实表面积增大。通过稳态阴极极化曲线和电化学交流阻抗技术考察了不同电极在1 mol·L-1 NaOH 溶液中的催化析氢性能, 结果表明, 镀液中AC 含量为3 g·L-1时所制备的AC/ Ni-Co 复合电极较Ni 电极和Ni-Co 合金电极具有更高的催化析氢活性, 电流密度为30 mA·cm-2时, 析氢反应极化电位分别比Ni 电极和Ni-Co 合金电极正移230 mV 和140 mV , 表观交换电流密度分别是Ni 电极和Ni-Co 合金电极的42 倍和9 倍, 复合电极催化析氢性能的提高主要归因于电极真实表面积的增大。      

脱合金化制备纳米多孔Ni、NiO阳极材料及其电催化析氧性能

采用快速凝固与脱合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni,经热处理氧化获得纳米多孔NiO,运用XRD、SEM、TEM、BET等对纳米多孔Ni、NiO的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,并通过循环伏安、稳态极化、电化学阻抗法研究了其作为电极的电催化析氧性能。结果表明,Ni_(15)Al_(85)和Ni_5Al_(95)脱合金化后均获得了纳米多孔Ni,Al含量的增加使得Ni的孔径尺寸与骨架强度减小,Ni_5Al_(95)形成的纳米多孔Ni在10 mA·cm~(-2)电流密度下的析氧过电位比Ni_(15)Al_(85)形成的纳米多孔Ni低95 mV,但随着反应的进行,纳米多孔Ni表面的孔洞开始坍塌和脱落,导致其析氧稳定性降低。NiO继承了Ni的纳米多孔结构,比表面积和骨架强度进一步增大,Ni_5Al_(95)合金获得的纳米多孔NiO在10 mA·cm~(-2)电流密度下的析氧过电位仅为357 mV,相比Ni电极降低了14. 3 mV,室温下析氧反应的表观交换电流密度是Ni电极的1. 2倍,表观活化自由能降低了8. 59 k J·mol~(-1),经1 000圈循环伏安后过电位降低了12 mV(J=100 mA·cm~(-2)),具有优良的电催化析氧性能和良好的稳定性。     

碱液中镍电极的析氢机理

研究镍电极在碱液中的析氢机理对开发二次清洁能源有指导意义,过去对其研究不够.通过Tafel曲线和电化学阻抗谱对镍电极在KOH溶液中的析氢机理进行了研究.结果表明,过电位低于600 mV时,析氢服从复合脱附机理,反应历程为电化学步骤+复合脱附步骤;过电位高于600 mV时,析氢服从迟缓放电机理或电化学脱附机理,反应历程为电化学步骤+电化学脱附步骤.     

金属镍铜负载钒氧化物的高效电解产氢性能

镍基电极材料是碱性电解水中最具工业应用前景的过渡金属催化剂,而其缓慢的析氢反应动力学及低活失活问题仍亟待解决。本研究以泡沫镍(NF)为基底,采用一步循环伏安法制备了主晶相为独立分相的多晶态金属镍铜合金、夹杂有少量非晶态V₂O₅相、具有三维多孔团簇结构的金属镍铜负载钒氧化物电催化剂(VO_x-NiCu/NF)。纳米颗粒、团簇交织形成的微米孔及泡沫镍的一级微孔共同构成了VO_x-NiCu/NF的三级多孔微纳结构,使其电催化活性面积增加了28倍,并在析氢反应中表现出优异的催化性能。在碱性介质中,获得-10 mA·cm^-2的析氢电流密度,VO_x-NiCu/NF需要的过电势(η₁₀)仅为35 mV,表现出类铂的催化活性,具有优异的长效稳定性及强劲的耐用性。电极表面形成的多孔团簇结构,显著增加了催化活性位点并为物质传递提供大量通道。镍铜合金及非晶态V₂O₅相,在一定程度协同改善了材料的固有析氢活性。理想的组...     

Ru-Co-Ce复合氧化物阳极在碱性溶液中析氧性能研究

采用溶胶-凝胶法制备RuO2-Co3O4-CeO2(Ru-Co-Ce)复合氧化物电极,利用SEM、XRD对电极表面形貌及物相结构进行了表征,并通过循环伏安及阳极极化曲线等手段对1.0mol/L KOH溶液中电极的析氧反应(OER)活性及其动力学进行了系统研究。结果表明,稀土CeO2可细化RuO2晶相,提高电极活性表面积,其中40%(摩尔分数)CeO2复合氧化物电极具有最大的伏安电荷86.23mC/cm2,在过电位η=0.60V(Ag/AgCl)时,其反应表观活化能可低至22.76kJ/mol,具有最佳的析氧活性。电极在低过电位及高过电位区域Tafel斜率分别约为40、120mV,电极对OH-的反应级数均为1.0。     

化学镀Ni-Co-W-P及其析氢性能的研究

用化学镀方法制备出Ni-Co-W-P合金电极,测量了其在1 mol/L NaOH溶液中的阴极极化曲线并研究了其析氢电催化活性.试验表明,在相同的电流密度下,Ni-Co-P,Ni-W-P和Ni-Co-W-P合金电极的析氢过电位较Fe电极降低,其中Ni-Co-W-P的析氢过电位降低约230 mV,XRD试验显示其镀层为非晶态.并进一步测试了其在7 mol/L KOH中的连续电解曲线.结果表明:Ni-Co-W-P合金电极比Ni-Co-P,Ni-W-P合金电极具有更好的析氢电催化活性和电化学稳定性,有利于降低槽压,减少能耗.     

NH2-MoS2@BP的制备及其电催化析氢性能研究

采用液相剥离法制备二维黑磷烯纳米片(BP),将其与改性的MoS₂通过水热法合成得到NH₂-MoS₂@BP,利用XRD、SEM、TEM对材料的形貌结构进行表征，并通过三电极体系测试析氢性能。结果表明，NH₂-MoS₂@BP形貌呈片层结构，BP在催化剂中颗粒很小且均匀的分布在其表面。在0.5mol/L H₂SO₄溶液中，当电流密度为10mA/cm²时，氨基的加入使催化剂的析氢过电位降低了20mV,BP的加入使催化剂的析氢过电位降低了90mV,塔菲尔斜率为95mV/dec,表明BP有利于改善改性MoS₂的催化性能。此外，连续的循环伏安测试表明NH₂-MoS₂@BP具有较好的电催化稳定性。     

CoP/RGO复合材料的制备及结构性能研究

通过原位还原将金属钴(Co)粒子负载于氧化石墨烯(GO)合成钴/还原氧化石墨烯(RGO)(Co/RGO),在氩气保护条件下与次磷酸钠(NaH_2PO_2)混合加热反应制得磷化钴(CoP)/RGO(CoP/RGO)复合材料,并对样品进行了表征,在0. 5mol/L的硫酸溶液中采用线性扫描法测试了材料的电催化析氢性能。结果表明:负载于石墨烯上的CoP纳米颗粒形貌单一,晶格间距0. 24nm,Co和P的比例约1∶1,复合材料做成的电极其催化析氢过电位显著减小为116mV,经过500次循环后性能略有衰减,析氢过电位为130mV,性能衰减率为12%。与单一材料相比具有较高的催化活性,有效提高了电催化析氢性能。     

氯化胆碱-尿素体系中电沉积Ni-Fe-Sm析氢催化电极研究

采用恒电位电沉积技术,在氯化胆碱-尿素体系中制备Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极并研究其析氢(HER)性能。通过阴极极化曲线(LSV)、循环伏安曲线(CV)等电化学测试方法及SEM等表征技术,研究沉积条件对稀土合金电极的析氢性能及其表面形貌的影响。结果表明,添加稀土元素Sm能够有效提升合金电极的析氢性能。在-1.22 V的沉积电位下,沉积20 min制备的Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极析氢性能最佳。在10 mA/cm²电流密度下,稀土合金电极的析氢过电位仅115 mV,Tafel斜率最小,析氢反应受Volmer-Heyrovsky反应控制。且该条件下制备的Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金具备最高的双电层电容,电催化活性表面积最大。通过交流阻抗法(EIS)可知,Ni-Fe-Sm/Cu合金电极具有较高电荷转移速率。此外,Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极在碱性介质中具有较好的稳定性,在经过1000圈的循环侧安测试,电催化析氢性能没有明显变化。     

耐蚀镍基催化剂的制备及电解海水性能的研究

开发抑制析氯的竞争反应和氯离子腐蚀的高效电解海水催化剂是至关重要的。通过两步法(激光扫描法+浸泡置换法)在泡沫镍上快速制备了一种高活性且耐蚀的NiFe-LDH@MnO₂/NF电解海水催化剂。该催化剂中NiFe-LDH提高了催化反应的活性，MnO₂层防止催化剂被氯侵蚀，二者的协同作用使催化剂在碱性盐水介质中表现出优异的析氧性能。所制备的NiFe-LDH@MnO₂/NF催化剂在10 mA/cm²的电流密度下，过电位仅为270 mV,在100 mA/cm²的大电流密度下过电位为360 mV,且在10 mA/cm²的电流密度下可稳定催化析氧100 h,为工业电解海水制氢催化剂的制备提供理论指导。     

Co3S4电极材料的制备及在碱性析氢反应中的重构行为研究

因为析氢反应(HER)电位远低于析氧反应(OER),催化剂的重构过程相对迟缓,所以其重构现象鲜有报道。为此,本工作通过水热和硫化两步法成功合成了自支撑碳布(CC)负载纯相Co₃S₄电极材料,其微观呈纳米颗粒组装的绿疣海葵状结构。该电极材料在1 mol/L KOH的HER电化学测试中就能发生快速、完全重构,催化活性显著提升,在100 mA·cm^-2时过电位降低约55 mV。诱发重构主要是硫组分浸出所致。重构后的电极材料物相为Co(OH)₂,且形貌已完全转变为数层纳米片堆叠而成的大比表面花状结构,暴露出更多的活性位点,促进电解液与电极材料的接触,加速催化反应中的传质过程,进而提升催化活性。这一发现有助于科研工作者初步认识硫化物催化剂电极材料在HER催化过程中的重构行为。     

Ni-Mo-P活性阴极制备及析氢行为的研究

采用电化学方法将Ni-Mo-P合金镀覆于低碳钢表面并形成活性阴极,评价其析氢过电位和真实表面积.结果表明,最佳镀覆工艺条件为电流密度0.03A/cm~2、镀液温度40℃、钼酸盐质量浓度3g/L.当阴极极化电流密度为0.18A/cm~2时,Ni-Mo-P活性阴极析氢过电位较镀覆前低碳钢阴极降低约300mV;其真实表面积为10.8cm~2,粗糙度为5.4,较低碳钢阴极增加约1倍,能显著降低氯碱工业电解槽的电耗水平.     

纳米TiO2修饰 Ni-W-P电极的制备及其光电催化析氢性能

在Cu基体上电沉积Ni-W-P合金后，通过溶胶-凝胶法制备了纳米TiO2修饰Ni-W-P合金电极．利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、阴极极化曲线测试了TiO2／Ni-W-P电极的表面形貌、结构及催化析氢性能，考察了烧结温度、TiO2膜层厚度对电极结构和性能的影响．实验结果表明：550℃下烧结1h、拉膜15次制备的TiO2／Ni-W-P电极光电催化析氢性能最佳，500W碘钨灯照射下析氢过电位减小约140mV；此时TiO2为锐态矿型和金红石型混晶结构，平均晶粒尺寸约7nm．     

稀土铈对镍-钴-磷合金电极的析氢催化性能的影响

采用自行研制的复合配合剂,用化学沉积法在酸性体系中制备了Ni-Co-P和Ni-Co-P稀土合金电极.研究了稀土元素铈对Ni-Co-P合金电极的析氢电催化活性和电化学稳定性的影响.通过电化学方法测定合金电极在7 mol/L KOH溶液中的阴极极化曲线、Tafel曲线和电化学稳定性曲线,结果表明,与Ni-Co-P合金电极相比,Ni-Co-P(RE)合金电极的析氢电位正移约90 mV,Ni-Co-P(RE)合金电极具有较优的析氢电催化活性和电化学稳定性.此外,还通过X射线衍射、扫描电镜和合金镀层成分分析,结果表明,稀土元素铈的加入使非晶态Ni-Co-P合金镀层晶粒细化,但稀土元素铈不与合金共沉积,只是起到改变镀层组织结构的作用.