Electrochemical properties of amorphous Ni-S-Co alloy in alkaline medium

用电沉积方法制备非晶态Ni-S-Co合金镀层, 研究了镀层的电化学性能. 结果表明,与非晶态Ni--S合金相比, Co的引入可提高镀层中S的含量.在析氢反应中非晶态Ni--S--Co合金电极具有很高的电化学活性,电流密度为150 mA×cm-2时其析氢过电位仅为70 mV,比非晶态Ni-S合金低20 mV.在长时间电解过程中S发生溶出反应有助于提高电极的表面粗糙程度, 是提高电极析氢活性的重要原因之一. 在析氢过程中,非晶态Ni--S--Co合金电极吸附大量的H原子, 使反应的活化能降低,这是其析氢活性高的主要原因. 非晶态Ni--S--Co合金镀层的析氢机理为电化学脱附机理,即一快速的Volmer反应(电化学步骤)和一较慢的Heyrovsky反应(电化学脱附步骤).     

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.     

Ni-S-Co涂层电极的制备及其电化学性能的研究

采用电沉积的方法以泡沫镍为基体制备出非晶Ni-S-Co合金电极.用电化学测试方法分析涂层的电化学行为.结果表明,较好的制备涂层电极条件为: CoSO4·7H2O掺杂浓度为10g/L,电流密度为50mA/cm2,温度为50℃,电沉积时间为40min,pH值为4.当电解电流密度为1200A/m2时,非晶Ni-S-Co合金电极的极化电位较非晶Ni-S合金电极低95mV,较Ni金属电极低405mV;根据Tafel曲线计算出Ni、非晶Ni-S以及非晶Ni-S-Co电极的表面活化能分别为49.5、40.3和38.6kJ/mol.Ni-S-Co电极具有更高的交换电流密度和更低的析氢活化能,因此具有更高的析氢催化活性.     

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.     

稀土(La、Ce)铁组基非晶态合金的电化学性能

含有稀土元素的合金材料具有很好的催化析氢活性,可用作析氢电极材料.分析对比了稀土La、Ce与铁组元素形成的非晶态合金的成分、组织结构及电化学性能.与晶态合金及不含有稀土的非晶态合金镀层相比发现,稀土作用的合金的组织更均匀、细致,且电化学活性较高.因此将稀土元素加入合金结构用以改变形成合金的晶体结构、提高合金的化学活性,是今后研究的重点.     

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.     

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.     

电沉积非晶态Co-W合金镀层在碱性溶液中的电催化析氢研究

利用恒电流直流电沉积方法在Cu基底表面制备了Co-W合金镀层,当镀液中WO_4~(2-)浓度≥0.075 mol/L时镀层为非晶态结构。电化学研究表明,非晶态Co-W合金镀层在1 mol/L NaOH溶液中表现出良好的电催化析氢活性,过程受Volmer-Heyrovsky路径控制。W含量约为40.1%(质量分数)的Co-W合金镀层析氢活性最强,其表观交换电流密度j_0为3.17×10~(-5)A/cm~2;当电位负于-1.464 V(相对于饱和甘汞电极电位)后该Co-W合金镀层的阴极电流密度超越了商用Pt片。结合电化学阻抗分析获知,由于镀层本征催化活性和比表面积(或电化学活性面积)均得到提升,使得非晶态Co-W合金镀层析氢活性获得提高。     

非晶态镍磷镀层析氢阴极活性的控制与机理

非晶态Ni-P类合金镀层具有很好的耐蚀性,在碱性溶液中具有较高的析氢反应催化活性,能降低析氢过电位,节约能源,是一种有很好应用前景的阴极材料.论述了非晶态Ni-P镀层的P含量、厚度、制备条件、添加第3种元素及镀后处理对镀层电极活性的影响.并总结了Ni-P类非晶态合金镀层的电极催化机理.     

Ni-W-TiO2复合镀工艺及其镀层性能研究

为了进一步提高Ni-W合金镀层的析氢电催化活性,用电沉积方法制备了Ni-W-TiO2复合镀层,通过阴极极化曲线和交流阻抗等电化学技术研究了其在碱性溶液中的析氢电催化活性,并用扫描电镜观察了电极的表面形貌.结果表明,在Ni-W合金中掺入TiO2微粒可增大电极的比表面积,并改变Ni-W合金在碱性介质中的析氢反应机理.Ni-W-TiO2复合镀层有较高的析氢电催化活性,可用作电解水反应的活性电极.