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。     

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。     

基于多相硫化镍铁的高效析氧电极材料（英文）

开发高效和低成本的析氧电极材料是工业电解水制氢技术发展道路上至关重要的技术难题.本文利用溶剂热方法将镍铁水滑石阵列转化为具有铁掺杂的多相硫化镍(NiS和Ni3S2)阵列,制备出一种具有高效析氧性能的电极材料.粗糙的纳米片表面有利于高活性位点的暴露.电化学分析表明其仅需要100 mV的过电位就可以达到10 mA cm^-2的电流密度,相对于镍铁水滑石阵列降低了130 mV.我们进一步通过密度泛函理论计算来揭示其活性提升机理,发现具有部分S氧化的Fe掺杂NiS可以极大地降低析氧反应中间体形成的阻力,从而加快催化反应进行,提高催化活性.另一方面,(Ni,Fe)S和(Ni,Fe)3S2与三维多孔泡沫镍结构有很好的结合作用,反应电子可以通过金属性的二硫化镍相进行高效传输,进一步加速析氧催化进程.     

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     

酸刻蚀泡沫镍增强磷化镍的析氢催化性能

氢能作为一种资源丰富、高能、无污染的"绿色能源",被认为是后石油时代解决能源和环境危机的理想能源之一。选择三维结构的泡沫镍(NF)为基底,采用0.3%(质量分数)氢氟酸(HF)对NF表面进行化学刻蚀,"开凿"形成比表面积高、电解液和析出气体易扩散的开放结构,联用固相还原法进行原位磷化,获得一体化Ni_2P/E-NF催化电极。实验结果表明,形成的一体化Ni_2P-NF催化电极避免了使用粘结剂,电极表面结构粗糙度是未刻蚀NF的2.8倍,暴露的活性位点多,在碱性条件下显示出较高的析氢反应(HER)活性,其起始析氢过电位约27mV,在电流密度达到10mA/cm~2时,析氢过电位也只有约63mV,经过4 000圈循环伏安扫描依然保持良好的稳定性。     

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。     

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。     

FeOOH-Ni(OH)2复合材料的制备及其电催化析氧性能

以碳纤维布（CFC）为基底,通过两步法(恒电流电沉积法、溶剂热法)成功制备了FeOOH-Ni(OH)₂复合材料。与FeOOH和Ni(OH)₂相比,该FeOOH-Ni(OH)₂复合材料作为电催化剂时,电催化析氧反应(OER)活性显著提高。在1 mol/L KOH电解质溶液中,达到10 mA·cm?2电流密度时所需要的过电位仅为270 mV,Tafel斜率为78 mV/dec,电化学阻抗谱进一步揭示了电解过程中良好的动力学特性。FeOOH-Ni(OH)₂复合材料在碱性介质中具有优异的稳定性,其在高电流密度下(50 mA·cm?2)的过电势经过连续24 h的测试之后几乎没有发生明显变化。FeOOH和Ni(OH)₂之间的强电子相互作用和协同效应有效提高了电导性,促进了电荷转移;此外,这种核壳结构有效增强了电催化活性面积,进而增强了其电催化析氧性能。      

Ni(S_xSe_(1-x))_2纳米线阵列催化电极的制备与析氢性能

黄铁矿型过渡金属硫属化合物(MX_2,典型的M=Fe、Co或Ni,X=S或Se)因具有独特的电子结构、低廉的价格、优异的催化活性和稳定性等特点,在电催化剂领域拥有广阔的发展前景。然而其电催化性能与传统Pt系贵金属催化剂相比尚有差距,因此本研究尝试通过掺杂调控催化剂成分的方式进一步改善其催化性能。以S和Se共掺杂Ni基硫属化合物为研究对象,选择碳纤维纸作为导电基底,采用水热法在碳纤维表面生长出Ni_2-(CO_3)(OH)_2纳米线阵列作为前驱体,并以S/Se混合粉作为反应源,利用化学气相沉积法实现S/Se与Ni_2(CO_3)(OH)_2的反应,合成了成分可控的阴离子共掺Ni(S_xSe_(1-x))_2纳米线阵列自支撑一体化催化电极。电催化性能测试表明:在不同成分的Ni(S_xSe_(1-x))_2中,Ni(S_(0.81)Se_(0.19))_2纳米线表现出最佳的催化性能,仅需要93 mV和135 mV的过电位就可以分别驱动10 m A·cm~(-2)和100 mA·cm~(-2)的电流密度,对应的Tafel斜率也低至42.07 mV·dec~(-1)。研究表明,阴离子掺杂能够进一步提高该类催化剂的催化活性,为高效率、低成本碱金属化合物电催化剂的设计和制备提供借鉴思路。     

Pb-0.3%Ag/Pb-Co_3O_4复合惰性阳极材料的电化学性能EI北大核心CSCD

在Pb-0.3%Ag合金基体表面制备了Pb-0.3%Ag/Pb-Co_3O_4复合惰性阳极材料,研究了不同正向脉冲平均电流密度(2-5A·dm^(-2))和镀液中Co_3O_4颗粒浓度(10-40 g/L)下制备的复合惰性阳极材料电化学性能,在50 g·L^(-1)Zn^(2+),150 g·L^(-1)H_2SO_4,35℃溶液中测试了阳极极化曲线、循环伏安曲线和塔菲尔曲线,获得了析氧动力学参数、伏安电荷、腐蚀电位和腐蚀电流。结果表明:在3 A/dm^2正向脉冲平均电流密度和30 g/LCo3O4颗粒浓度下制备的Pb-0.3%Ag/Pb-Co_3O_4复合惰性阳极材料具有较高的电催化活性,较低的析氧过电位,较好的电极反应可逆性和耐腐蚀性。在500 A/m^2测试电流密度下的析氧过电位为0.891 V,比Pb-1%Ag合金降低280 mV;伏安电荷q~*为0.725 C·cm^(-2),比Pb-1%Ag合金提高26.5%;腐蚀电流也明显低于Pb-1%Ag合金。复合惰性阳极材料活性表面积大,活性物质数量多提高了在[ZnSO_4+H_2SO_4]溶液中的析氧电催化活性。沉积层晶粒细小而均匀,组织结构致密,真实表面缺陷少提高了耐腐蚀性。     

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。     

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。     

MoS_2协同过渡金属Co增强催化产氢性能

当今社会,能源危机与环境污染问题亟需解决,清洁环保且具有高能量密度的氢能被视为理想的能量载体。电催化分解水是一种有效且可持续的制氢方法。廉价且高效MoS_2作为极具前景的产氢催化剂被广泛研究,其在酸性溶液中的催化效率已通过多种工艺优化,然而其在碱性溶液中催化性能并没有得到有效提升。首先通过水热法合成了多孔的MoS_2纳米片,然后提供了一种廉价便捷的电镀法,成功在MoS_2表面复合Co等金属纳米颗粒,优化了MoS_2在碱性溶液中的催化效率。实验表明Co-MoS_2在1 mol/L KOH中,在10 mA·cm~(-2)的电流密度下过电势仅为186 mV,Tafel斜率为81 mV·dev~(-1),大幅优于纯MoS_2的催化性能,且表现出较好的稳定性。同时,Co-MoS_2也表现出更好的催化析氧性能,在10 mA·cm~(-2)的电流密度下过电势由460降至360 mV,这意味着Co-MoS_2可进一步用于催化全水解反应。     

钴铁双金属氢氧化物纳米片的制备及其在高电流下的电催化全解水性能

采用一步水热法,通过在高传导泡沫镍(Nickel foam,NF)表面原位生长制备的钴铁双金属氢氧化物纳米片,被证明是一种在高电流下具有良好稳定性的高效双功能全解水电催化剂.在1 mol/L KOH电解液中,当电流密度为100 mA/cm2、200 mA/cm2、250 mA/cm2时,其析氧过电位分别为216 mV、269 mV和284 mV,塔菲尔斜率仅为49.79 mV/dec;当电流密度为10 mA/cm2、50 mA/cm2、100 mA/cm2和200 mA/cm2时,其析氢过电位分别为137 mV、221 mV、256 mV和297 mV,塔菲尔斜率为113.15 mV/dec.全水解只需要一个超低的电压(1.532 V),就可以获得200 mA/cm2的电流.在200 mA/cm2运行20 h后,电流密度仅下降8.86％;维持200 mA/cm2运行20 h,电压仅上浮2.12％.可见,所制备的钴铁双金属氢氧化物纳米片具有高效、稳定的电催化性能.     

MnNiCoCrFe多孔高熵合金的电催化析氧性能

用化学腐蚀方法制备出3D多孔自支撑型Mn₅₀Fe_12.5Co_12.5Ni_12.5Cr_12.5高熵合金。电化学测试结果表明，将这种高熵合金放入1 mol/L KOH的碱性溶液中，电流密度为10 mA·cm^-2时过电位为281 mV,Tafel斜率为63 mV/dec,表明其电催化性能优于商业RuO₂的性能。在电流密度为50 mA·cm^-2的条件下连续工作50 h，工作电压没有明显的升高，表明这种富锰高熵电催化电极材料具有优异的析氧稳定性。电化学阻抗谱表明，这种自支撑型结构的块体高熵合金催化剂具有出色的导电性，与负载型催化剂相比其电子转移能力显著提高。     

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。      

电化学刻蚀制备表面纳米多孔NiMoCu电解水析氢催化剂

电解水制氢是一项制取绿色氢能的重要技术,开发高催化活性的催化剂作为电极材料是当前的研究热点。电解水反应包括阴极的析氢反应和阳极的析氧反应,以Ni₇₄Mo₆Cu₂₀三元合金条带为前驱体,采用电化学脱合金技术制备了一种用于析氢反应的表面纳米多孔NiMoCu电解水析氢催化剂,并采用扫描式电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪等设备对材料的物理化学特性进行了表征。结果表明：所制备的纳米多孔NiMoCu电极材料在1mol/L KOH溶液中具有良好的析氢性能,仅需要90mV、227mV的过电位就能达到10mA/cm²、100mA/cm²的电流密度。     

复合电沉积制备（Ni-Mo）-TiO2电极及其电催化析氢性能

为开发新型廉价高效的析氢材料,用恒电流复合电沉积方法制备了(Ni-Mo)-TiO2复合电极,讨论了TiO2悬浮量和电沉积时间对电极催化析氢性能的影响.用XRD和SEM对电极的晶体结构和表面形貌进行了表征,以稳态极化曲线对电极的催化析氢特性进行了评价.结果表明,(Ni-Mo)-TiO2电极是纳米TiO2粒子相和纳米晶Ni-Mo固溶体相构成的复合电极.电极具有较高的催化析氢活性.在25℃、0.5mol.dm-3H2SO4溶液中其表观交换电流密度是Ni-Mo合金电极的2.6倍,是Ni电极的60倍.在电流密度为100mA·cm-2时,电极电势相对于Ni-Mo电极正移了120mV,相对于Ni电极正移了542mV.催化活性的提高源于反应机理的改变,表观活化吉布斯自由能相对于Ni-Mo合金电极降低了24.48kJ·mol-1.     

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.     

纳米NiO的制备及其赝电容特性研究

运用沉淀转化法制备Ni(OH)2超微粉末,并通过热处理得到纳米NiO.利用TEM,TG,XRD,循环伏安和恒流充放电测试对样品进行了分析和表征.结果表明,实验制备的NiO粒径为10nm左右, 在-0.05～0.35V(vs SCE)的电位范围内表现出典型的法拉第赝电容行为, 在电流密度为2mA*cm-2时, 其比容达到243F·g-1.