纳米多孔MoNi/Al3Ni2材料制备及电催化析氢性能的研究

开发非贵金属高效电催化剂是降低电解水制氢成本的关键。通过激光直写技术以及脱合金在泡沫镍基底上制备了一种自支撑的纳米多孔MoNi/Al₃Ni₂催化剂。该催化剂的纳米多孔结构增加了催化反应的活性位点,MoNi和Al₃Ni₂之间的协同效应使催化剂在碱性介质(1 mol/L KOH)中表现出优异的析氢性能。电化学测试结果表明,Al含量为80%时制备的MoNi/Al₃Ni₂催化剂在10 mA/cm²的电流密度下,过电位仅为31 mV,且表现出良好的电化学长期稳定性,在10 mA/cm²的电流密度下,稳定催化析氢100 h以上,为工业电解水析氢用电催化剂的大规模制备提供了理论指导。     

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。     

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     

镍铁氢氧化物-磷化钴复合电极电催化分解水研究

本研究采用水热-磷化-电化学沉积法在磷化钴表面构筑了金属氢氧化物层,制备了NiFeOH/CoP/NF复合电极,考察了复合电极电解水制氢的性能。在1.0 mol/L.的KOH介质中,NiFeOH/CoP/NF复合电极表现出良好的催化电解水性能。在电流密度为100 mA/cm²时,NiFeOH/CoP/NF复合电极电催化析氢(HER)和析氧反应(OER)所需的过电势分别为141和372 mV。在电流密度为10 mA/cm²时,NiFeOH/CoP/NF同时用作阴极和阳极电解水所需电压仅为1.61 V。NiFeOH保护层增强了CoP在电解水反应中的活性和稳定性,NiFeOH/CoP/NF复合电极在恒电流电解中表现出高的HER和OER稳定性,活性可维持60000 s,性能未见明显衰减。将NiFeOH/CoP/NF两电极电解池与GaAs太阳能电池组成光伏-电解水系统,该系统在100 mW/cm²模拟光照条件下,太阳能至氢能转化效率达到18.0%,并可稳定运行200 h。     

电沉积CoLa-LDH@NF用于高效碱性析氧反应

开发高效稳定的析氧电催化剂是可持续发展氢能源的关键。简单快速制备层状双金属氢氧化物催化剂对电解水制氢的工业化具有重要意义。以六水合硝酸钴、六水硝酸镧为原料,利用三电极体系电化学工作站,在镍网上快速（90 s）电沉积制备出CoLa-LDH@NF,采用XRD、XPS、SEM和各种电化学方式表征其结构和性能。结果表明,纳米片状CoLa-LDH@NF在1 mol/L KOH溶液中具有优异的析氧催化性能。超薄片状结构增加CoLa-LDH@NF与电解液的接触面积,增大了参与反应的有效活性位点数。驱动10 mA/cm²的电流密度需要过电位为251 mV,塔菲尔斜率为47 mV/dec,具有良好的析氧稳定性和耐久性。     

自支撑NiMoP@NiFeP异质结电极的制备及其电催化析氧性能研究

析氧反应(OER)是水分解一个重要的半反应,开发高效稳定的非贵金属基电催化剂用于大规模产氢仍面临巨大挑战。采用水热和低温磷化的方法在泡沫镍(NF)上原位构筑了NiMoP@NiFeP/NF复合电极。利用扫描电子显微镜(SEM),X射线光电子能谱(XPS)等对所制备电极的微观形貌和组成电极元素的价态进行表征。此外,通过电化学测试表明,NiMoP@NiFeP/NF电催化剂在1 mol/L KOH电解液中驱动100 mA/cm²的电流密度仅需246 mV的过电势,塔菲尔斜率为54.6 mV/dec,且至少能保持20 h的稳定性。为制备非贵金属基的催化剂,用于能源的存储和转换提供了一种有效途径。     

Ag2S修饰TiO2纳米管复合电极的制备及其析氢性能研究

以硫化钠和硝酸银为原料,采用了化学浴沉积法将Ag₂S沉积在高度有序TiO₂纳米管(TNTs)上制备出Ag₂S/TNTs析氢电极。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱分析(XPS)对电极进行表征,结果显示Ag₂S颗粒均匀的沉积在TiO₂纳米管表面,且没有破坏纳米管原有的形态结构。在0.5 mol/L H₂SO₄条件下,通过线性扫描伏安法(LSV)、塔菲尔曲线(Tafel)、双电层电容和电化学阻抗谱(EIS)等电化学测试分析了不同Ag₂S沉积圈数所得的复合电极的析氢性能。与TNTs相比,Ag₂S/TNTs显示出更优异的析氢性能。Ag₂S沉积圈数为9圈时制备出的复合电极在10 mA/cm²电流密度时,过电位达到了288.14 mV,Tafel斜率为61.8 mV/dec,双电层电容分别为54.7 mF/cm^2...     

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。     

用于海水电解质中高效分解水合肼的镍-钼/钨双金属纳米合金（英文）

利用水合肼氧化反应(HzOR)取代缓慢的析氧反应(OER)是一种可以在海水裂解中长期产生氢气并抑制不利的析氯反应(ClER)的方法.然而,很少有催化剂能够满足在双电极系统中同时呈现出优异的析氢反应(HER)和HzOR以达到较低的电池电压的要求.在此,我们报道了双金属Ni₄Mo/Ni₄W纳米合金作为双功能催化剂,该催化剂对HER(-7 mV,10 mA cm^-2)和HzOR (-16 mV,10 mA cm^-2)具有显著的催化活性.在1.0 mol L^-1 KOH/2.0 molL^-1NaCl/0.1 mol L^-1 N₂H₄电解液中,双电极系统需要34,295和548 mV的低电池电压就能达到10,100和200mAcm^-2.密度泛函理论计算表明,Ni-Mo/W耦合不仅可以降低水解离的自由能和氢的吸附/脱附,而且可以优化吸附水合肼中间体的脱氢动力学.     

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。     

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。     

离子液体中电沉积钴铬合金析氢性能研究

为了研究电沉积合金材料的析氢性能,本文在离子液体中通过脉冲电沉积法在碳钢上制备钴铬合金,研究了离子液体中电沉积不同的钴盐浓度对析氢过电位的影响,并与离子液体中电沉积的Co电极和Cr电极,水溶液中电沉积的Co-Cr合金电极进行了对比分析。利用三电极体系测试沉积电极在碱性环境下的电化学性能,采用线性极化法、方波电位法、交流阻抗法、恒电流电解法等电化学测试方法,并结合XRD、SEM、EDS进行了形貌、物相与元素分析。实验结果表明：制备的Co-Cr合金是多晶的,其晶粒尺寸为12.3 nm;当电流密度为10和100 mA/cm²时,所对应的析氢过电位分别为-105和-408 mV;当塔菲尔斜率为-0.228 V/dec时,析氢电阻为2.45Ω,计算得到其微观表面积为647 cm²;合金中Cr的质量分数约为8.5%,Co的质量分数约78.5%。随着钴盐浓度的上升,电沉积的钴铬合金电极的析氢性能越来越好。在离子液体中,通过脉冲电沉积制备的Co-Cr合金电极具有出色的电化学析氢性能,析氢机理为析氢反应动力学中的Volmer-Heyrovsky反应机理,析氢性...     

不同阶段纳米多孔银的制备及其HER电催化性能研究

用Ag_(15)Cu_(85)二元合金薄带为前驱体,采用高温氧化预处理脱合金的方法制备不同阶段的纳米多孔银。在650℃下,进行高温氧化处理,通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)对试样进行物相分析和形貌表征。对高温氧化后的前驱体脱合金15～60 min,制备不同阶段的纳米多孔银,使用开路电位(OCP)、线性扫描伏安(LSV)、动电位极化曲线等方法测试了不同阶段的纳米多孔银电极的抗毒性能和电催化析氢性能。结果表明,经过3 min高温氧化后脱合金15 min阶段的纳米多孔银电极具有最佳的电极抗毒性能,E_(corr)为-0.088 V,i_(corr)为1.2×10~(-7) A/cm~2;经过1 min高温氧化后脱合金30 min阶段的纳米多孔银电极展现了最低的Tafel斜率(45.8 mV/dec);在10 mA/cm~2电流密度下,经过3 min高温氧化后脱合金60 min阶段的纳米多孔银电极析氢过电位为37.6 mV,经过3 min高温氧化后脱合金15 min阶段的纳米多孔银电极的综合HER性能最好。     

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。     

Co-Cu双金属MOF纳米片的合成及电催化析氧反应研究

析氧反应(OER)是电解水制氢的阳极反应,其反应速度仅为阴极析氢反应(HER)速度的十分之一。为了加快反应速度,通常需要使用RuO₂等贵金属催化剂,但贵金属的稀缺性及较低的催化活性限制了其发展。金属有机框架(MOFs)材料是一类非常具有发展前景的OER电催化剂,然而目前MOFs在电催化OER中的应用也面临诸多问题,例如制备过程复杂、配体价格昂贵、催化活性低等。在此,提出了一种简易的表面活性剂辅助法制备Co-Cu双金属MOF纳米片的方法,在室温下搅拌对苯二甲酸和硝酸铜、硝酸钴,十二烷基硫酸钠的混合溶液,即可得到尺寸约为100～200nm的Co-Cu MOF纳米片。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)等手段对材料结构进行了表征。电催化OER性能测试表明,Co-Cu MOF(n_Co∶n_Cu=2∶1)在碱性条件下对OER反应具有优异的OER活性,达到电流密度10mA/cm²时的过电位(η₁₀)仅为320mV,明显优于单一的Co M...     

脱合金化制备纳米多孔Ni-Fe合金及其电催化性能

采用真空熔炼与固溶相结合的方法获得原子分数为Ni_30-xFe_xMn₇₀(x=0,10,20)的前驱体合金,通过脱合金化方法制备纳米多孔Ni及Ni-Fe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:加入Fe获得了片状结构的纳米多孔Ni-Fe合金,提高了纳米多孔Ni的表面积,且Fe与Ni产生协同效应,能够有效提高合金的析氢电催化活性。当Fe含量为10%(原子分数)时,脱合金化得到的纳米多孔Ni-Fe合金表面积最大,析氢电催化性能最好,在0.1A/cm^2电流密度下,析氢过电位仅56mV,经10h连续电解,表现出良好的电催化活性和电化学稳定性。     

铁掺杂二硫化钼纳米片作为高效的双功能电解水催化剂

设计和合成具有高活性、耐久性的非贵金属电解水催化剂对能量转化和储存具有重要意义。在研究中,通过硝酸铁、硫代乙酰胺与二水钼酸钠在无水乙醇中的水热反应制备了铁掺杂二硫化钼(Fe-MoS₂)的纳米材料。Fe-MoS₂具有较高的析氧反应(OER)活性,在1 mol/L KOH电解质中,当电流密度为10 mA·cm^-2时过电位为250 mV,塔菲尔斜率为219 mV·dec^-1,而且Fe-MoS₂在这些条件下可稳定超过10 h以上。同时其具有良好的析氢反应(HER)活性,在0.5 mol/L H₂SO₄电解质中,当电流密度为10 mA cm^-2时过电位为220 mV。此外,在1 mol/L KOH电解液中,Fe-MoS₂/C(阳极)//Fe-MoS₂/C(阴极)两电极体系具有良好的电解水催化活性,在10 mA cm^-2的电流密度下低电位为1.77 V。为开发...     

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...     

Cu2O/CeO2异质结的制备与光电化学性能研究

通过电化学法在铜片表面生长Cu(OH)₂纳米线阵列，在氮气氛围下将其进行退火处理得到Cu₂O纳米线阵列，然后采用电沉积法在电极上沉积Cu₂O阻挡层和CeO₂,制备得到Cu₂O/CeO₂异质结光阴极材料。利于扫描电子显微镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)和X-射线光电子能谱(XPS)对材料的形貌和化学成分等进行表征，紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、线性扫描伏安法(LSV)和莫特肖特基曲线(M-S)等测试对其光电化学性能进行分析。实验数据结果表明，在0 V、RHE(可逆氢电极)下，Cu₂O/CeO₂光阴极的光电流密度达到-6.55 mA/cm²,相比仅Cu₂O的光电流密度(-3.67 mA/cm²)提升了1.78倍。随后，通过ALD(原子层沉积)制备TiO₂作为保护层，负载Pt作为析氢反应(HER)的助催化剂。最终Cu     

三功能多位点绣球状电催化剂用于高效的安培级全解水/尿素制氢（英文）

电解水是绿氢制备最有希望的路线之一,它的颈瓶是阳极析氧反应需要极高的过电位,导致电解水制氢整体能耗高.因此,迫切需要开发廉价、高活性、大电流稳定的非贵金属基多功能催化剂以期降低电解水的制氢能耗,如淡水或含尿素的水.鉴于此,我们合理设计并合成了绣球状的CoP/Ni₃FeN异质结,用于碱性析氢、析氧和尿素电催化氧化反应.该催化剂呈现出优异的三功能催化活性和出色的大电流耐久性,在进行析氢、析氧和尿素电氧化反应时,分别需要-0.160、1.538和1.419 V的超低电位就能达到1000 mA cm^-2的高电流密度.此外,将该电催化剂作为正极和负极耦合全解水/尿素器件,仅需要1.577/1.668 V的电压就能驱动500 mA cm^-2.此外,结合原位拉曼光谱、测试后的X射线光电子能谱分析与密度泛函理论计算,我们验证了CoP/Ni₃FeN异质结催化剂可以极大地促进析氧和尿素氧化反应中的活性物种金属羟基氧化物的形成,同时降低析氢反应中的水吸附和活性氢中间体的吸附能垒,从而协同促进高效的析氢、析氧和尿素电催化氧...