鎳基析氫電極材料的制備及其性能表征.pdf

1、氫氣是一種高效理想的燃料,它潔凈、資源豐富并且可再生。在眾多的制氫技術中,電解水技術應用廣泛,被認為是最有前途的一種制氫技術。研究表明,高效的析氫電極應具有比表面積大、導電性良好、析氫過電位低、電化學穩(wěn)定性好、電催化活性高且耐腐蝕性強等特點。然而一些電極沒有得到廣泛的應用,主要是因為電極析氫過電位過高而導致電能的過度消耗。所以,降低電極反應析氫過電位的研究具有重要的意義。
　　 通過電化學共沉積技術,將具有特殊性質的惰性固體顆粒

2、均勻地摻雜到金屬鍍層中,利用它們之間的協(xié)同效應實現(xiàn)各組份的優(yōu)勢互補,可以有效提高電極的催化析氫性能。本課題采用復合電沉積方法,以金屬鈦片作為基底,將稀土金屬氧化物Y2O3、Gd2O3、Sm2O3固相粒子作為第三相物質同Ni-Co合金進行共沉積。
　　 通過對Ni-Co合金的制備條件進行研究,從而進一步研究復合電沉積所需的條件。實驗結果表明,在0.50 mol L-1 Na2SO4+0.10 mol L-1H2SO4溶液中,當沉積

3、電流密度為30 mA cm-2,溫度為50℃條件下得到的復合鍍層析氫性能最好?；谶@一條件對復合電沉積過程進行進一步研究,并結合掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)等相關材料測試方法研究復合電極的表面微觀結構和相組成。通過穩(wěn)態(tài)極化曲線、電化學交流阻抗譜、Tafel極化曲線等電化學測試75"法來研究所制備電極材料的催化析氫性能,并深入探討電極材料結構與性能之間的內在聯(lián)系。
　　 通過復合電沉積方法得到Ni-Co-Y2O3電極。

4、穩(wěn)態(tài)極化曲線測試表明,當電流密度為13 mA cm-2時,Ni-Co-Y2O3復合電極的析氫過電位比Ni-Co合金的析氫電極電位降低了100 mV左右。通過Tafel曲線得到析氫反應的動力學參數(shù),進而計算出其交換電流密度是Ni-Co合金電極的6.7倍,而且反應的表觀活化能降低了3.42 kJmol-1。結果表明,Ni—Co-Y2O3電極的析氫活性較Ni-Co電極有一定程度的提高。
　　 采用復合電沉積技術制備得到Ni-Co-Gd

5、2O3復合電極。穩(wěn)態(tài)極化曲線測試表明,當電流密度在9 mA cm-2時,Ni-Co-Gd2O3復合電極的催化氫析電位比Ni-Co合金電極的析氫電位正移了130 mV左右。通過Tafel曲線得到析氫反應的動力學參數(shù)如i0、6、Rct等,得到復合電極的真實交換電流密度增大了2.07倍,同時反應的表觀活化能減小29 kJ mol-1,表明Gd2O3與合金的共沉積產生了協(xié)同作用,增加了電極的表面積,在一定程度上提高了電極的催化析氫性能。

6、　　 將稀土金屬氧化物Sm2O3固體微粒加入到Ni-Co合金鍍液中得到Ni—Co—Sm203復合電極。XRD圖譜表明Sm2O3的加入使Ni-Co合金的結構由晶態(tài)向非晶態(tài)轉變,從掃描電鏡圖中證實鍍層變得更加粗糙。同時電化學測試結果表明,當電流密度在7.5 mA cm-2時,Ni-Co-Sm2O3復合電極的催化氫析電位比通常的Ni-Co合金電極的析氫電位正移250 mV左右。通過相關析氫反應的動力學參數(shù)計算得到,Ni-Co—Sm2O3復合