脱合金化制备纳米多孔Ni、NiO阳极材料及其电催化析氧性能

采用快速凝固与脱合金化相结合的方法制备纳米多孔Ni,经热处理氧化获得纳米多孔NiO,运用XRD、SEM、TEM、BET等对纳米多孔Ni、NiO的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,并通过循环伏安、稳态极化、电化学阻抗法研究了其作为电极的电催化析氧性能。结果表明,Ni_(15)Al_(85)和Ni_5Al_(95)脱合金化后均获得了纳米多孔Ni,Al含量的增加使得Ni的孔径尺寸与骨架强度减小,Ni_5Al_(95)形成的纳米多孔Ni在10 mA·cm~(-2)电流密度下的析氧过电位比Ni_(15)Al_(85)形成的纳米多孔Ni低95 mV,但随着反应的进行,纳米多孔Ni表面的孔洞开始坍塌和脱落,导致其析氧稳定性降低。NiO继承了Ni的纳米多孔结构,比表面积和骨架强度进一步增大,Ni_5Al_(95)合金获得的纳米多孔NiO在10 mA·cm~(-2)电流密度下的析氧过电位仅为357 mV,相比Ni电极降低了14. 3 mV,室温下析氧反应的表观交换电流密度是Ni电极的1. 2倍,表观活化自由能降低了8. 59 k J·mol~(-1),经1 000圈循环伏安后过电位降低了12 mV(J=100 mA·cm~(-2)),具有优良的电催化析氧性能和良好的稳定性。     

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。     

Ag15Cu85二元合金高温氧化行为对去合金机制的影响

近年来,纳米多孔材料成为光催化、储能等领域的研究热点.本工作将高温氧化和去合金工艺相结合,研究高温氧化对Ag15 Cu85二元合金前驱体制备纳米多孔银的影响.在650～750℃温度下,氧化1～5 min,Ag15 Cu85二元合金表面产生纳米级二维微孔、颗粒析出物及岛状平台.随着氧化时间的延长,合金表面呈现出相似的微观氧化形貌.铸态合金薄带在60℃、5％HNO3(质量分数)中去合金0.5 h时,合金表面活性组元溶解;去合金进行1.5 h时,获得三维双连续的纳米多孔银结构.氧化态前驱体在腐蚀溶液浓度相同、去合金温度更低(45℃)的情况下,去合金15 min就能得到均匀的韧带和孔隙尺寸更大的纳米多孔银,仅为铸态合金薄带去合金持续时间的1/6.这说明氧化行为对去合金过程产生了较大影响,高温氧化改变了去合金反应的中间过程,去合金反应的参与者由单一α?Cu(Ag)固溶体转变为α?Cu(Ag)固溶体和Cu的氧化产物.氧化产物参与去合金反应,极大地促进了去合金反应进程,提高了活性组元溶解效率.     

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).     

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。     

CoP/RGO复合材料的制备及结构性能研究

通过原位还原将金属钴(Co)粒子负载于氧化石墨烯(GO)合成钴/还原氧化石墨烯(RGO)(Co/RGO),在氩气保护条件下与次磷酸钠(NaH_2PO_2)混合加热反应制得磷化钴(CoP)/RGO(CoP/RGO)复合材料,并对样品进行了表征,在0. 5mol/L的硫酸溶液中采用线性扫描法测试了材料的电催化析氢性能。结果表明:负载于石墨烯上的CoP纳米颗粒形貌单一,晶格间距0. 24nm,Co和P的比例约1∶1,复合材料做成的电极其催化析氢过电位显著减小为116mV,经过500次循环后性能略有衰减,析氢过电位为130mV,性能衰减率为12%。与单一材料相比具有较高的催化活性,有效提高了电催化析氢性能。     

脱合金法制备Fe基纳米多孔材料及其催化性能

近年来,纳米多孔金属材料成为催化和传感器等领域的研究热点。本研究将铁基非晶合金和脱合金工艺相结合,制备具有催化性能的纳米多孔材料。采用真空感应熔炼装置和真空急冷甩带装置制备宽1mm×厚25μm的Fe_(60)Pd_(20)P_(20)非晶合金条带,并借助X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)对非晶合金条带进行表征。将Fe60Pd_(20)P_(20)非晶合金作为电化学脱合金的前驱体材料,在25℃、1mol/L H_2SO4电解液中进行1h恒电位脱合金处理,成功制备出具有均匀三维连通孔道结构的纳米多孔金属材料。经电化学测试表明,恒电位0.72V获得的纳米多孔材料,在0.5mol/L H_2SO4+0.5mol/L HCOOH溶液的循环伏安曲线中,较原非晶合金的氧化峰电压负移约0.4V,氧化峰电流密度提高约15倍,该纳米多孔材料对甲酸的分解有明显的催化性能。     

纳米多孔金薄膜的电催化氧化水合肼性能研究

通过脱合金方法对金银合金薄膜进行选择性腐蚀得到了具有三维双连通结构的纳米多孔金(NPG)。将NPG作为三电极测试体系中的工作电极,利用循环伏安法表征了其在碱性条件下对10 mmol/L的水合肼溶液的电催化性能。结果表明,纳米多孔金对水合肼的电催化氧化不仅峰电流强度比纯金电极高一个数量级以上,而且起峰电位很低,表现出很高的电催化氧化性能,这种优越的电催化性能和它的高比表面积以及多孔结构紧密相关。     

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。     

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。     

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。      

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。     

纳米多孔铜钛合金的制备及其超级电容器性能

采用磁控溅射法和脱合金法相结合的方法制备了纳米多孔铜钛合金。以原子比为40∶60的Cu-Ti合金靶材为原料用磁控溅射方法制备了厚度为720 nm的铜钛合金薄膜(Cu_(35)Ti_(65)),并将此薄膜置于0.13 mol/L的氢氟酸溶液中用脱合金方法腐蚀得到了纳米多孔铜钛合金薄膜,将制备好的铜钛合金薄膜作为三电极测试系统中的负极材料,以对其电容性能进行测试。本文测试和计算了这种纳米多孔铜钛薄膜电极在1 mol/L Na_2SO_4电解液中的比电容。结果表明,电极在这种中性溶液中的电化学性能良好,比容量为8.96 mF·cm~(-2),比现有的纳米多孔铜电极有很大的提高。对NPCu/Ti电极的循环充放电性能的测试结果表明,该电极具有优良的循环稳定性能,比现有的纳米多孔铜电极有明显的改善。这种改善与电极材料的多孔结构有关。     

非晶态Ni-S-Co合金的制备和电化学性能

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-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).     

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。     

电沉积锡-铟合金电极在氢氧化钾溶液中的电化学性能

在电池集流体铜表面电沉积锡,锡溶解后易使其析氢量增加,电沉积铟在碱性溶液中抑氢效果好,但成本高,目前对锡-铟合金共沉积的效果研究甚少.用电化学方法在高能碱性锌锰电池集流体铜电极表面沉积Sn,In和Sn-In合金.研究了Sn,In和Sn-In合金电极在1 mol/L KOH溶液中的析氢电化学性能和电化学稳定性,测定了其在相同溶液中的循环伏安曲线和交流阻抗图谱.结果表明:沉积In和Sn-In合金的电极比铜电极的析氢过电位分别提高了569 mV和488 mV,有效地抑制了氢气析出;在无汞化电池工业中,用价格低廉且稳定性较好的Sn-In合金共沉积电极代替In沉积电极具有广阔的应用前景.     

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。     

脱合金化法制备纳米多孔铂合金的研究进展

纳米多孔金属由纳米尺度的孔隙和金属韧带组成，具有三维双连通的网络状结构，兼具纳米材料和金属材料的双重特性，在催化、传感和药物输送等领域具有广阔的应用前景。脱合金化法操作简单，工艺流程短，成本相对较低，是制备纳米多孔金属的常用方法。目前，利用脱合金化法制备的纳米多孔Pt合金因其对甲醇氧化和氧还原反应具有优异的催化活性而备受关注，有望在燃料电池等相关领域实现应用。近年，研究学者不断丰富纳米多孔Pt合金的合金体系，通过优化合金成分和脱合金化工艺对其结构和性能进行调控，发展出多种形态的纳米多孔Pt合金，系统调查了前驱体的结构和成分、脱合金工艺参数对纳米多孔Pt合金的组织结构、形貌和性能的影响，并对纳米多孔形成和优异性能的机理进行了广泛的研究。利用脱合金化法制备的纳米多孔Pt合金具有多种形态，如低维的纳米颗粒、纳米花、纳米线和薄膜以及三维的纳米多孔带材等。低维的纳米多孔Pt合金因其更大的比表面积和纳米尺寸效应而具有更为突出的催化活性，而三维的纳米多孔带材具有均匀的纳米多孔结构，且克服了低维合金易团聚的问题。通过调整前驱体合金的化学成分和组织结构，改变脱合金化工艺参数，以及对纳米多孔合金进行退火处...     

纳米混杂结构NiSe2高效析氢电极制备及其电化学性能

采用水热和化学气相沉积两步法,在碳纤维纸(CFP)上直接合成纳米线/纳米颗粒混杂结构NiSe₂催化剂,制备出自支撑一体化电解水析氢电极。利用SEM、XRD和XPS,对复合电极的形貌、成分及物相组成进行了表征,并考察了该电极在0.5 mol·L-1 H₂SO₄溶液中的电催化析氢性能。结果表明:在硒化反应过程中,碱式碳酸镍前驱体纳米线相互连接并最终形成纳米线与纳米颗粒相混合的混杂结构NiSe₂催化剂,均匀生长于碳纤维表面; NiSe₂纳米混杂结构电极驱动100 mA·cm-2的电流密度时所需的过电位为232 mV,相比NiSe₂纳米颗粒结构电极(256 mV)具有更低的过电位。此外,其更低的塔菲尔斜率(38.3 mV·dec-1)、更小的电荷转移阻抗(3.2 Ω)、更大的双电层电容(11.81 mF·cm-2)以及近似两倍于NiSe₂纳米颗粒电极的转换频率值(0.284 H₂·s-1),都表明这种混杂结构电极具有优良的析氢性能。同时,经过3 000次循环伏安测试和20 h持续电解测试,该电极呈现出优异的稳定性。     

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.