析氢催化电极的研究现状

综述了析氢反应中高催化活性电极的现状，并对析氢催化机理进行了评述。     

电沉积非晶Ni-Fe-P涂层析氢催化性能研究

采用直流电镀技术,通过改变电沉积电流密度制备了不同的非晶Ni-Fe-P涂层。采用稳态极化技术比较不同电流密度下电镀Ni-Fe-P合金涂层电化学催化析氢活性,发现电流密度200A/m2电沉积的Ni-Fe-P合金涂层的电化学催化析氢性能最好。通过XRD分析镀层相结构,SEM观察涂层表面的微观结构及EDX分析表面成分,研究影响非晶Ni-Fe-P合金涂层的析氢电催化活性原因。结果表明,影响非晶Ni-Fe-P合金涂层电催化活性的主要因素是镀层中Fe、P元素含量。当Fe的含量最大18.63%(原子分数),P的含量最小13.14%(原子分数)时,非晶Ni-Fe-P涂层电催化析氢活性最好。2     

电沉积Ni-W-P合金上析氢行为的研究

在１ｍｏｌ／Ｌ的ＫＯＨ水溶液中,以电沉积法制备的Ｎｉ－Ｃｏ－Ｐ、Ｎｉ－Ｗ－Ｐ合金为阴极,测量析氢时的极化曲线,结果表明,与Ｎｉ电极相比,Ｎｉ－Ｗ－Ｐ合金电极上氢析出的电势正移２００次毫伏,即Ｎｉ－Ｗ－Ｐ合金电极具有较高的析氢电催化活性。通过ＳＥＭ和ＸＰＳ分析探讨了Ｎｉ电极中引入Ｗ和Ｐ元素对析氢催化活性的影响。     

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。     

水热法制备镍负载硫磷双掺杂石墨烯电极及其电催化析氢性能研究

设计一种高活性、高稳定性的非贵金属基催化剂,对电催化析氢的应用具有重要意义.以硫酸和植酸为硫磷掺杂剂,采用水热法合成了硫磷共掺杂石墨烯(SPG);随后,采用简单的醇热法制备了直接生长在SPG上的Ni基纳米材料(Ni/SPG).制备的Ni/SPG电催化剂表现出杰出的析氢性能,其阻抗极低(0.48Ω),电化学活性表面积极好...     

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...     

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.     

硅电极表面镍钨磷合金电沉积及其析氢性能

Ni-W-P合金薄膜具有优良的催化析氢性能和耐蚀性.通过在半导体p型Si上恒电流沉积Ni-W-P合金薄膜,制备出Ni-W-P合金修饰的半导体p型Si电极.用SEM和XRD对合金薄膜的表面形貌、组成和结构进行了表征,以电极的阴极极化曲线对其催化析氢和光电催化析氢性能进行评价.结果表明:W,P质量分数分别为26.71%和0.95%的纳米晶合金修饰的p型Si电极具有优良的催化析氢性能和显著的光电析氢活性.     

多孔Ni-WC复合材料的脉冲电沉积及其电催化析氢性能

以海绵镍为基体,采用单脉冲电沉积与复合镀相结合的方法制备了多孔Ni-WC复合电极材料;运用扫描电镜(SEM)和X射线衍射仪(XRD)表征镀层的表面形貌和相结构,并研究了WC浓度和脉冲参数对多孔Ni-WC复合电极在0.5 mol/L H₂SO₄溶液中的电催化析氢性能的影响。结果表明:Ni-WC复合材料的表面晶粒细小、致密,呈多孔结构。随着镀液中WC浓度、脉冲电流密度和占空比的增大,多孔Ni-WC复合电极的析氢阴极极化减小,交换电流密度增大,电化学交流阻抗减小,Ni-WC多孔电极的析氢活性增强。循环伏安曲线和计时电流曲线表明,多孔Ni-WC复合电极具有较好的抗腐蚀性和析氢稳定性。     

高催化活性析氢电极的制备现状

对高催化活性析氢电极的各种制备方法(如电沉积法、去合金法、化学镀、复合镀、溅射法及机械合金化等)进行了归纳,并指出了今后析氢电极的发展趋势.     

Effect of Pr2O3 on the microstructure and hydrogen evolution property of nickel sulphur coatings electrodeposited on the nickel foam substrate

This paper studies the effect of the Pr₂O₃ addition on the hydrogen evolution property and microstructures of the Ni-S coating electrodes. The coating electrodes with and without Pr₂O₃ have been prepared through electrodeposition using a modified Watts bath. Results indicated that Ni-S coating with Pr₂O₃ shows a much better electrocatalytic activity than that without Pr₂O₃. XRD and SEM results indicated that the high electrocatalytic activity for the Ni-S coating with Pr₂O₃ addition is due to the larger surface area and amorphous microstructure.     

Distribution of sulphur and electrochemical properties of nickel sulphur coatings electrodeposited on the nickel foam as hydrogen evolution reaction cathodes

Nickel sulfur electrode was prepared on the nickel foam by electrodeposition method in a modified Watts bath into which thiourea, citric acid and a small amount of saccharin were added. The micrographs of various layers of nickel sulphur coatings were investigated by SEM. The distributions and mass contents of sulphur in nickel sulphur coatings were measured by EDX. The phase constitutions of the first layer of nickel sulphur coating were determined by XRD. The influence of current density on coating structures was studied. The hydrogen evolution potentials of various electrodes, including nickel sulphur coatings on foam and net nickel substrates, pure nickel foam and nickel net were measured. Results indicated that the distributions of sulphur contents in various layers are gradient and not homogeneous, the sizes of fine particles in various layers are not the same. XRD examinations show that the structure of the nickel sulphur coating is amorphous. With increase of current density the amorphous structures gradually increase and the crystal ones gradually decrease. In the range of sulphur contents from 18% to 18.8% the electrochemical activities of Ni–S coating electrodes are the highest. The hydrogen evolution reaction activity of amorphous Ni–S coatings on the nickel foam substrate is much higher than that on the nickel net substrate.     

超声波对泡沫镍抗拉强度和延伸率的影响

针对导电胶法制造泡沫镍存在的抗拉强度、延伸率低，结果不均匀等问题，在制造泡沫镍的浸涂石墨导电胶和电沉积镍的过程中，首次采用超声波发生装置，对比研究了有无超声波的4种情况下制得泡沫镍的抗拉强度、延伸率及三维网络结构。结果表明：超声波增加了石墨导电胶在泡沫基体上浸涂的均匀性；大大提高了镍在石墨导电层上初期沉积和后期沉积的均匀性；增大了Ni的结晶过电位，使Ni的临界晶核半径变小，结晶更加致密；泡沫镍的三维网络结构更加均匀，抗拉强度、延伸率大大提高。在自行设计制造的生产线上，验证了本文的试验结果。     

电沉积制备Ni-S涂层电极的研究

以泡沫镍为基体电沉积制备了Ni-S涂层电极.通过对电流密度、电沉积温度、电沉积时间和镀液pH值等条件对涂层析氢性能影响的研究,确定了适宜的电沉积工艺条件;电极涂层的XRD、SEM测试结果表明涂层为非晶态结构、表面颗粒大小均匀且具较大表面积;电解过程中出现了Ni3S2由非晶态向晶态的转变,由于Ni3S2具有较强的吸附氢能力,是析氢反应的催化活性中心,电解过程中Ni3S2的出现降低了电极的析氢电位.模拟电解水实验结果表明泡沫镍基Ni-S涂层电极较Raney-Ni电极具有更好的析氢活性.     

LiF-NaF-KF熔盐中石墨基体上电沉积TiB2镀层的研究

通过直流电沉积技术在LiF-NaF-KF熔盐体系中，以K2TiF6和KBF4作为活性物质在石墨基体上制备了晶粒细小、裂纹少、孔隙率低、表面平整和基体结合良好的TiB2镀层。研究表明，当电流密度为0．4～0．8A／cm^2，能够得到TiB2镀层。随着电流密度的增加，浓差极化作用逐渐显著，带来的负面影响是镀层边角效应也逐渐明显，这使得厚度均匀性下降；但过电位的增加又会导致镀层晶粒变得更为细小，这就削弱甚至足以弥补浓差极化对镀层表面平整度造成的负面影响，结果就是平整度随电流密度增加而得以改善。综合考虑，适宜的电流密度应控制在0．6A／cm^2，在该条件下，涂层由相对纯净的TiB2组成且表现出强的（110）面择优取向。涂层横截面上硬度分布范围为2986～3056HV0.1，表明涂层比较致密均匀。     

激光熔敷Ni基合金涂层的结构与性能

观测了激光熔敷NiCrBSi合金涂层的显微结构，研究了涂层与不锈钢基体的结合方式和时效处理对其组织结构和显微硬度的影响．用5kW连续二氧化碳激光器对不锈钢上等离子喷涂NiCrBSi合金层进行重熔．涂层的显微结构为细化树枝晶，由γ基体与γ／γ'和NiB的共晶组成．面心立方γ基体品格常数是0．3572nm．时效处理后的合金层由析出γ’沉淀强化相的针状和羽毛状马氏体组成，时效使显微硬度值显著提高．     

Jet electrodeposition with movable,flexible friction on quality of nanocrystalline nickel coatings

To improve the deposition rate and quality of nanocrystalline nickel coatings, a method involving movable, flexible friction, jet electrodeposition (MFFJE) was proposed in this paper. The effects of cathode scanning speed and current density on electrodeposited nickel coatings prepared by MFFJE were investigated. Compared with traditional jet electrodeposition, the results showed that MFFJE exerted remarkable effects, improving the deposition rate and quality of nickel coatings, and, when the cathode scanning speed was 1000?mm?min^?1, the coating surface morphology was best. The maximum processing current density of nickel plating was more than 250?A?dm^?2. The grain size was decreased to 11.7?nm, hardness increased to 546?HV, and coating corrosion resistance significantly improved.     

电沉积铁镍纳米合金薄膜的结构和性能研究

采用电沉积方法从硫酸盐体系镀液中沉积得到Fe18Ni82合金薄膜.运用扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射分析(XRD)以及磁测量设备分别对薄膜的表面形貌、显微结构和磁性能进行表征和测量.同时利用万能材料试验机和显微硬度计测量了薄膜的力学性能.结果表明:电沉积制备的Fe18Ni82合金薄膜成分均匀,表面平整、光亮、致密,晶粒大小为40～50 nm.薄膜是以Ni为溶剂原子,Fe为溶质原子的置换型固溶体,只存在单一的fcc相,Fei8Ni82合金薄膜沿(111)面有较强的择优取向.镀态Fei8Ni82合金薄膜在50 Hz交流磁场下,测得其饱和磁感应强度为1.08 T,最低矫顽力为20 A/m.19 μm厚的纳米晶薄膜的断裂应力达到785MPa,显微硬度达到605Hv.     

二元配合物中电镀锌镍合金的结构与抗腐蚀性

为深入了解碱性锌酸盐体系的工艺参数对锌镍合金镀层结构和耐蚀性的影响,在以四乙烯五胺(TEPA)为镍离子主络合剂、三乙醇胺(TEA)为辅助络合剂的碱性镀液中电沉积制备了锌镍合金镀层,利用电子能谱、X射线衍射、极化曲线和电化学阻抗谱等方法表征镀层的组成结构和在氯化钠溶液中的耐腐蚀性.结果表明:镀层含镍原子数分数11.54%~20.12%,为γ-Ni2Zn11+纯Zn两相结构(低含镍原子数分数时)或单一γ相结构(较高含镍原子数分数时),γ相晶粒在(600)方向上具有不同程度的择优取向性;随着镀液中镍原子数分数的提高,镀层的腐蚀电位正移,阻抗增加,耐蚀性提高;当电流密度为2 A/dm2时,镀层的腐蚀电位和电荷传递电阻最高,耐蚀性最好.