自组装磷化镍纳米片阵列电极的电催化析氢性能研究

可持续发展的清洁氢能源是未来能源发展的方向之一,因而发展高效廉价的析氢材料变得尤为重要。本文首次通过水热和退火的方式制备出自组装磷化镍纳米片阵列结构,并通过SEM和XRD等技术表征这种结构的形貌和组成成分。与众多关于Ni-P纳米材料集中在酸性体系下的析氢电化学研究不同,本文首次通过在碱性条件下稳态极化曲线(LSV)、Tafel极化曲线、电流-时间曲线(i-t)以及交流阻抗曲线探究了其作为电解水析氢纳米电催化电极材料的电化学性能。该材料的电极具有特殊的纳米形貌结构和性质,使其具有更低的析氢反应电位、更大的析氢反应活性和较好的稳定性,具有替代贵金属作为水解析氢材料的潜力。     

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。     

纳米多孔催化剂的制备与应用

介绍了浸渍法、溶胶-凝胶法、离子交换法、水热法、脱合金法、沉淀法以及纳米构筑单元的自组装方法制备纳米多孔催化剂的原理和特点。阐述了各种制备方法的最新应用,并对纳米多孔催化剂的应用领域及发展趋势进行展望。     

碳化钼基析氢反应电催化剂的制备及改性研究进展

碳化钼(Mo₂C)因其与铂(Pt)相似的d带电子结构、宽pH适用性、易于合成、低成本等优势，成为一种很有前途的电催化剂。然而，纯Mo₂C存在导电性差、界面反应动力学慢、Mo-H结合能太强等缺陷。近年来，许多研究报道了改性Mo₂C基催化剂来提升其电催化析氢性能，基于此，综述了Mo₂C常用的制备工艺以及提高Mo₂C析氢性能的各种不同改性策略，深入分析了不同改性方式对Mo₂C析氢性能提高的内在原因。最后，提出了Mo₂C基电催化剂目前面临的挑战和未来的发展方向。     

碳化钼电解水析氢催化剂的性能调控研究进展

氢气作为一种绿色、可持续的能源,有望代替传统的化石能源。电解水产氢是氢能可持续发展的理想途径。发展非贵金属电催化剂,提高电催化析氢反应(HER)效率,成为目前面临的主要问题。碳化钼因具有较好的电催化析氢活性和优异的稳定性,得到了广泛的关注。本文综述了近几年碳化钼电催化剂电解水产氢的研究进展,重点分析了提高其电催化析氢性能的一些方法,并对碳化钼的性能调控研究进行了展望。     

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。     

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。     

多孔Ni-WC复合电极的制备及其在酸性溶液中的电催化析氢性能

目前,关于多孔Ni-WC电极的电催化析氢(HER)性能的报道较少。以多孔海绵镍为基体,采用复合电沉积制备多孔Ni-(WC)x复合电极。运用扫描电镜(SEM)和X射仪线衍射仪(XRD)表征电极的表面形貌和微观结构,通过阴极极化、电化学阻抗(EIS)、循环伏安、计时电流法研究多孔Ni-(WC)x电极在0.5 mol/L H2SO4溶液中的电催化析氢性能。结果表明:与多孔基体Ni电极相比,多孔Ni-(WC)x电极具有较低的析氢过电位、较低的电化学反应阻抗、较小的表观活化能以及较大的交换电流密度;随着镀液中WC浓度的升高,所制备的多孔Ni-(WC)x电极的电催化析氢活性增强,其中Ni-(WC)40电极的表观交换电流密度是多孔Ni基体电极的966.7倍,其表观活化能为5.95 kJ/mol,并具有较好的耐蚀性和析氢稳定性。     

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．     

NiCoMo层状双氢氧化物纳米催化剂的制备及其电催化析氧性能研究

以泡沫镍(NF)为基底，通过一步水热法制备不同镍钴比的层状双氢氧化物(NiCoMo-LDH/NF)纳米催化剂，并借助X射线衍射和扫描电镜对催化剂的物相和形貌进行表征分析，研究催化剂元素组分调控对其电催化性能的影响。通过元素组分的调控，改变催化剂的显微结构，当Ni∶Co=1∶2(摩尔比，下同)时，Ni₁Co₂Mo-LDH/NF催化剂密集的纳米片结构，有利于活性位点的暴露和中间体吸脱附，以及电荷的快速传输，进而促使析氧反应的进行。电化学测试表明，在1mol/L KOH溶液中，电流密度达到10mA/cm²时，Ni∶Co=1∶2的纳米材料过电势仅为266mV,塔菲尔斜率为82.45mV/dec。此外，经12h的时间-电流稳定性测试后，材料的催化性能和形貌未有明显改变。可见，当Ni∶Co=1∶2时，材料表现出优异的催化活性和稳定性。     

氮掺杂碳纳米纤维包覆超细碳化钼/氮化钼异质结构用于碱性条件下电催化析氢

高效非贵金属催化剂对于推进析氢反应(HER)的大规模工业化至关重要.碳化钼(Mo₂C)因其类似铂的能带密度和优良的中间产物吸附特性,有望替代贵金属基材料成为具有前景的催化剂.然而,它在常规制备过程中存在严重的晶体过度生长和团聚问题,导致催化效率低.本研究利用三聚氰胺辅助法制备了含有丰富表面和界面的超细碳化钼/氮化钼(Mo₂C/Mo₂N)异质结构,并同时将其嵌入到氮掺杂碳纳米纤维(CNFs)中.Mo₂C/Mo₂N异质结构的协同作用与超细纳米晶表面暴露的丰富活性位点共同提高了电催化活性,而氮掺杂碳纳米纤维框架保证了快速的电荷转移和良好的结构稳定性.此外,原位形成的Mo₂C/Mo₂N晶体与碳基质之间存在较强的界面耦合作用,进一步提高了电子电导率和电催化活性.得益于这些优势,Mo₂C/Mo₂N@N-CNFs在碱性溶液中表现出优异的电催化析氢性能,在电流密度10 mV cm^-2时具有75 mV的低过电势,优于单相Mo₂C@N-CNFs对比样以及近期报道的Mo₂C/Mo₂N基催化剂.这个合成方法集成了异质结构、纳米化和碳修饰策略,为设计高效率电催化材料提供了新的参考.     

电纺丝制备掺氮多孔炭纳米纤维布用作锂离子电池负极材料

选取聚丙烯腈和三聚氰胺为碳前驱体和氮前驱体,通过电纺丝和后续的炭化和水蒸气活化过程,制备了一种具有自支撑结构,无需任何导电剂和粘结剂,直接用作电极的用于锂离子电池负极的掺氮多孔炭纳米纤维布。结果表明,此多孔炭纳米纤维布具有无纺交联的纳米纤维形态、独特的微孔结构、较高的比容量(856 m Ah·g-1)和较好的功率性能,是一种非常有使用前景的锂离子电池负极材料。     

碳负载氮掺杂纳米碳化钨电催化剂的制备及析氢性能

碳化钨(WC)是高成本和资源稀缺铂基催化剂的优良替代品.以偏钨酸铵(AMT)、葡萄糖(C6H12O6)和二氰二胺(DCDA)为W、C和N源,采用简易的NaCl/KCl熔融盐一步碳化法制备碳负载氮(N)掺杂WC@NC纳米晶粒.利用XRD、SEM、TEM、XPS、电化学工作站对催化剂的物相、形貌及电催化析氢性能进行表征.结果表明,WC@NC由碳片和WC组成,颗粒分布均匀,纳米颗粒平均直径为10～30 nm.WC@NC在0.5 mol/L H2SO4电解液中电流密度为10mA/cm2的过电位是132mV,塔菲尔斜率为64.2mV/dec.经过5000次循环伏安测试和25h持续电解析氢测试后,线性扫描伏安(LSV)曲线和电流密度均无明显变化,表现出非常高的稳定性.     

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...     

MoS2/核桃壳活性炭复合纳米材料的制备及其电催化析氢性能研究

以钼酸铵为钼源、硫脲为硫源,使用核桃壳活性炭通过水热法成功制备二硫化钼(MoS_2)/核桃壳活性炭复合纳米材料。研究了MoS_2含量对复合纳米材料形貌、尺寸及电化学性能的影响,通过X射线粉末衍射仪、冷场发射扫描电子显微镜、比表面积及孔隙度分析仪、线性扫描伏安法对复合纳米材料的结构、形貌、电化学性能进行分析和表征。结果表明,MoS_2质量分数为80%的MoS_2/核桃壳活性炭复合纳米材料的电催化析氢反应活性最好。     

多孔Mo2C/C复合陶瓷材料的制备及吸附性能

以碳化后的松木作为碳模板、金属钼粉作为钼源、硝酸铁作为催化剂制备多孔Mo2 C/C复合陶瓷材料.研究催化剂含量、反应温度和保温时间对多孔Mo2 C/C复合陶瓷材料物相组成和显微结构的影响,并探索了材料对CO2的吸附性能.结果表明:与不加催化剂相比,添加4％(质量分数)的催化剂可促进材料中Mo2 C的生成,其形貌主要为树枝状;而加入过量催化剂会导致生成的Mo2 C晶粒团聚.1150℃的烧成温度及保温4 h的条件有利于材料中Mo2 C的生成,制备的多孔Mo2 C/C复合陶瓷材料具有优异的CO2吸附性能,其吸附量为52 cm3·g-1.     

银树枝状纳米结构阵列的制备与性能研究

形貌及尺寸规整可控的纳米晶体的合成是目前十分引人注目的纳米材料研究领域,制备合成中的形貌调控及其功能化是这些纳米材料能够得到应用的关键问题。采用直接水相还原法在聚丙烯酸钠保护下制备了银树枝形纳米结构,并将这种银树枝纳米晶溶胶滴加在经过预处理的玻璃基底上,通过自组装制备了银纳米树枝结构阵列。通过扫描电镜(SEM)观察了这种样品的微观结构,并用透射率测试研究了其光学性能。     

共掺杂三维石墨烯的制备及其电催化析氢性能的研究

选择天然石墨鳞片为原料,采用改进的Hummers法制备出氧化石墨(GO),再以硫脲、硫酸亚铁和氯化镍为改性剂,利用化学还原法和自组装法制备了氮、硫、铁、镍共掺杂三维石墨烯电极材料。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱(EDS)等测试手段对材料进行分析表征,研究了不同因素对其析氢反应活性(HER)的影响,并通过均匀试验设计确定了制备的最佳工艺条件。结果表明:所制备的电极材料具有丰富的孔结构和完整的三维结构,石墨烯片层间距为0.3734 nm,并且无明显垛叠团聚,在酸性条件下显示出较高的HER活性,在电流密度为10 mA/cm2时,析氢过电位为-158 mV,塔菲尔(Tafel)斜率为74.33 mV/dec。     

多孔碳负载钌单原子和钌纳米团簇催化剂用于高效析氢反应

高效析氢反应(HER)电催化剂的制备对氢能的大规模推广具有重大的意义。本文以羧甲基纤维素钠(CMC-Na)和RuCl₃为原料，利用Ru离子与CMC-Na在溶液中配位制备了Ru-CMC-Na水凝胶，随后通过冷冻干燥、高温退火和酸洗制备了多孔碳负载Ru单原子和Ru纳米团簇的催化剂Ru _SA+NC/C-2。催化剂Ru_SA+NC/C-2在酸性和碱性电解质中都具有优异的HER活性和稳定性，达到10 mA·cm^-2电流密度，所需过电位分别20 mV和23 mV，经过12 h的恒电位测试其活性未见明显衰减。催化剂Ru_SA+NC/C-2中Ru的含量为5.52wt%，在1 mol/L KOH电解质中，过电位为0.05 V时，催化剂的质量活性是商业Pt/C的5.8倍。通过对催化剂Ru_SA+NC/C-2的物理表征测试发现，催化剂Ru_SA+NC/C-2的多孔结构和大比表面积，可以暴露更多的活性位点。Ru单原子与Ru纳米团簇结构提高了Ru原子的利用率。通过XP...