镍/纳米碳复合电极材料的制备及其电催化析氢性能的研究
发布时间：2021-08-20 17:42
氢气作为一种理想的化石能源替代品,拥有绿色环保、资源丰富、燃烧热量高等优点。在众多制氢技术中,电解水制氢最为安全可靠,被广泛的应用于工业生产中。然而,电解水析氢过程中存在的高过电位成为制约其发展的最大问题。因此,寻找具有高催化活性和稳定性的电极材料迫在眉睫。本论文将金属镍和三种不同的纳米碳材料复合,通过电沉积的方法制备了Ni/rGO、Ni/NC、Ni/C3N4和Ni/rGO/C3N4复合电极,并通过XRD、XPS、Raman、SEM、TEM和电化学性能测试等方法对电极进行了分析。研究内容如下:以氧化石墨烯（GO）作为复合相,采用超重力电沉积的方法在三维泡沫镍上共沉积镍纳米颗粒和石墨烯。当镀液中GO的浓度为1.0 g L-1,电沉积时间为100 min时,所制备得到的Ni/rGO复合电极具有最优异的催化析氢性能,其中电流密度为100 mA cm-2时,需要的析氢过电位为184 mV,Tafel斜率为77 mV dec-1,交换电流密度为...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
碱性体系电解水的示意图
燕山大学工学博士学位论文催化剂中的电极材料 Pt、Pd[10-17]等贵金属具有较低过储量稀少，价格昂贵，无法实现大规模的推广开发各种类型的过渡金属催化剂来替代传统贵8-21]、碳化物[22,23]、硫化物[24-27]、磷化物[28-31石墨烯作为目前最有前景的新型材料也被广泛烯掺杂材料[36-40]和过渡金属/石墨烯的复合材料显示出低效率，暴露活性位点少等缺陷，而且增加了成本，因此合理筛选和设计催化析氢材。
燕山大学工学博士学位论文的正协同效应，得到较高催化活性的析氢电极。因而，具有特殊 d 电子结构的金属镍成为我们的研究重点。除了寻找到析氢过电位低的金属镍外，使用镍基材料也能降低析氢过电位，目前为止，研究比较多的是镍基合金材料，例如 o[47,48]、Ni-Co[49]、Ni-W[50]、Ni-Sn[51,52]、Ni-P[53]以及 Ni-S[54-56]等二元合金，以种三元合金态：Ni-Mo-Pd[57]、Ni-Sn-Co[58]、Ni-Mo-Cu[59]、Ni-Co-Fe[60]、 Ni-[61]、Ni-Fe-S[62]、Ni-Mn-S[63]以及 Ni-Mo-N[64]等。镍基稀土元素系列在析氢方面现出其优越性，已报道的有 Ni-Sm[65]和 Ni-Dy[65]合金。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同氮源对掺氮石墨烯的结构和性能的影响[J]. 李子庆,赫文秀,张永强,于慧颖,李兴盛,刘斌. 材料研究学报. 2018(08)
[2]超重力场中电化学沉积法制备材料的研究[J]. 高璟,刘有智,常凌飞. 现代化工. 2011(05)
[3]两级分离式超重力精馏实验研究[J]. 张振翀,栗秀萍,刘有智. 现代化工. 2010(04)
[4]卤水提溴工艺中超重力空气吹出技术研究[J]. 刘有智,张琳娜,李裕,焦纬洲,宋相丹,韩江则. 现代化工. 2009(08)
[5]超重力旋转床处理焦化氨氮废水中试研究[J]. 焦纬洲,刘有智,刘建伟,祁贵生,谢五喜. 现代化工. 2005(S1)
[6]氢能及制氢的应用技术现状及发展趋势[J]. 王艳辉,吴迪镛,迟建. 化工进展. 2001(01)
博士论文
[1]电沉积Ni-S合金析氢阴极材料及析氢机理的研究[D]. 袁铁锤.中南大学 2008
本文编号：3353941
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
碱性体系电解水的示意图
燕山大学工学博士学位论文催化剂中的电极材料 Pt、Pd[10-17]等贵金属具有较低过储量稀少，价格昂贵，无法实现大规模的推广开发各种类型的过渡金属催化剂来替代传统贵8-21]、碳化物[22,23]、硫化物[24-27]、磷化物[28-31石墨烯作为目前最有前景的新型材料也被广泛烯掺杂材料[36-40]和过渡金属/石墨烯的复合材料显示出低效率，暴露活性位点少等缺陷，而且增加了成本，因此合理筛选和设计催化析氢材。
燕山大学工学博士学位论文的正协同效应，得到较高催化活性的析氢电极。因而，具有特殊 d 电子结构的金属镍成为我们的研究重点。除了寻找到析氢过电位低的金属镍外，使用镍基材料也能降低析氢过电位，目前为止，研究比较多的是镍基合金材料，例如 o[47,48]、Ni-Co[49]、Ni-W[50]、Ni-Sn[51,52]、Ni-P[53]以及 Ni-S[54-56]等二元合金，以种三元合金态：Ni-Mo-Pd[57]、Ni-Sn-Co[58]、Ni-Mo-Cu[59]、Ni-Co-Fe[60]、 Ni-[61]、Ni-Fe-S[62]、Ni-Mn-S[63]以及 Ni-Mo-N[64]等。镍基稀土元素系列在析氢方面现出其优越性，已报道的有 Ni-Sm[65]和 Ni-Dy[65]合金。
【参考文献】：
期刊论文
[1]不同氮源对掺氮石墨烯的结构和性能的影响[J]. 李子庆,赫文秀,张永强,于慧颖,李兴盛,刘斌. 材料研究学报. 2018(08)
[2]超重力场中电化学沉积法制备材料的研究[J]. 高璟,刘有智,常凌飞. 现代化工. 2011(05)
[3]两级分离式超重力精馏实验研究[J]. 张振翀,栗秀萍,刘有智. 现代化工. 2010(04)
[4]卤水提溴工艺中超重力空气吹出技术研究[J]. 刘有智,张琳娜,李裕,焦纬洲,宋相丹,韩江则. 现代化工. 2009(08)
[5]超重力旋转床处理焦化氨氮废水中试研究[J]. 焦纬洲,刘有智,刘建伟,祁贵生,谢五喜. 现代化工. 2005(S1)
[6]氢能及制氢的应用技术现状及发展趋势[J]. 王艳辉,吴迪镛,迟建. 化工进展. 2001(01)
博士论文
[1]电沉积Ni-S合金析氢阴极材料及析氢机理的研究[D]. 袁铁锤.中南大学 2008
本文编号：3353941
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/3353941.html
