平板与多孔状镍基改性电极的制备及电催化析氢性能研究

发布时间：2017-09-12 19:00

  本文关键词：平板与多孔状镍基改性电极的制备及电催化析氢性能研究

  更多相关文章： 电解水 析氢电极 镍基合金 磷化处理 催化活性

【摘要】：随着化石燃料消耗带来的大气污染、温室效应和雾霾等环境问题的日益加重,发展清洁、无污染、可再生的新能源逐渐被人们重视,氢气由于具有以上优点而被广泛研究。电解水制氢是实现工业化制氢的重要方式,而研制高催化活性、低过电位的电极是电解节约能耗亟待解决的问题。本文主要以镍片(Ni)和泡沫镍(NF)为基体材料,分别使用电火花表面涂覆技术和双辉渗金属技术制备了一系列二元合金电极材料,然后用气氛磷化处理工艺制备了多孔结构的磷化合金电极,通过XRD、SEM和EDX等方法对电极材料进行了物理表征,并用线性扫描伏安、交流阻抗、动电位扫描等电化学方法在碱性(1.0 mol/L KOH)和酸性(0.5 mol/L H2SO4)环境中对相应电极材料的析氢催化性能进行了分析。电火花表面涂覆技术制备的Ni-Mo合金电极体系中,发现涂覆后的Ni@Ni-Mo电极表面能检测到一定量的钼,并且合金电极表面形成了大量具有微米尺度的凹坑-凸起状结构,增大了电极的比表面积,降低了电极的析氢过电位。其线性扫描伏安测试结果表明,制备的Ni@Ni-Mo合金表现出良好的析氢催化活性和稳定性,这与后续塔菲尔曲线和交流阻抗的测试结果相吻合。通过双辉渗金属技术制备的泡沫镍(NF)-钨(W)合金电极体系中,发现经过渗钨后的泡沫镍合金电极析氢活性都有了较大的提高,其中1000℃的试样相较于其他温度的具有更好的催化析氢性能。随着保温时间的延长,表面钨含量不断增加,其中NF-W-2.5h和NF-W-3h表面沉积的颗粒尺寸达到纳米级别,使其具有较大的比表面积,然而其他保温时间的试样表面颗粒尺寸相对较大。测试发现,NF-W-3h具有最好的析氢活性和较好的稳定性,同时该电极具有最低的塔菲尔斜率和析氢过电位,进一步证明其具有优异的析氢催化活性;交流阻抗结果表明,随着过电位的增加,电荷转移电阻Rct迅速下降,表明试样的析氢反应在电极表面剧烈发生。磷化合金电极体系中,700℃下制备的Ni-Mo-P合金表面形成了较为均匀的树枝状多孔结构磷化物,而NF-W-P合金的表面则形成了大量的蓬松结构磷化物,这些多孔或蓬松结构的形成会相应增大合金电极的比表面积,进而降低其在析氢反应时的过电位。不同温度下制备的磷化合金电极中,700℃下的磷化合金电极具有最好的析氢催化活性,其析氢过电位比磷化前明显降低;在析氢稳定性方面,该温度下的磷化电极Ni-Mo-P合金与NF-W-P合金都表现出较好的析氢反应稳定性;塔菲尔曲线和交流阻抗的测试结果也进一步证明了这一点。
【关键词】：电解水 析氢电极 镍基合金 磷化处理 催化活性
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O646.54;TQ116.2
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 氢能的概述与发展10-11
• 1.2 制氢方法研究现状11-13
• 1.2.1 化石燃料制氢11-12
• 1.2.2 醇类转化制氢12
• 1.2.3 光催化制氢12
• 1.2.4 生物制氢12-13
• 1.2.5 电解水制氢13
• 1.3 影响析氢材料活性的因素13-14
• 1.4 电解水析氢电极及其制备方法14-18
• 1.4.1 单贵金属析氢电极材料14
• 1.4.2 合金析氢电极材料14-17
• 1.4.3 析氢电极的制备方法17-18
• 1.5 金属电极电解水析氢反应机理及其析氢性能的影响因素18-19
• 1.5.1 金属电极材料的析氢反应机理18-19
• 1.5.2 金属电极材料析氢性能的影响因素19
• 1.6 本文研究的内容及意义19-22
• 第二章 催化电极的制备与表征方法22-28
• 2.1 实验材料22
• 2.2 实验仪器及药品22-23
• 2.2.1 主要实验仪器22
• 2.2.2 主要实验药品22-23
• 2.3 Ni@Ni-Mo及Mo@Mo-Ni合金电极的制备工艺23-24
• 2.3.1 实验装置23
• 2.3.2 前期处理及制备工艺23-24
• 2.4 NF-W合金电极的制备工艺24-25
• 2.4.1 泡沫镍的前期处理24
• 2.4.2 制备工艺24-25
• 2.5 Ni@Ni-Mo和Mo@Mo-Ni合金及NF-W合金的磷化处理25
• 2.6 电极的表征25-28
• 2.6.1 电极的形貌及元素组成分析25
• 2.6.2 电极的晶体结构分析25-26
• 2.6.3 电极材料的电化学性能测试26-28
• 第三章 电极Ni@Ni-Mo、Mo@Mo-Ni的制备及性能表征28-36
• 3.1 合金电极Ni@Ni-Mo、Mo@Mo-Ni的制备28
• 3.2 合金电极Ni@Ni-Mo、Mo@Mo-Ni的结构、形貌分析28-30
• 3.2.1 合金电极Ni@Ni-Mo、Mo@Mo-Ni的物相结构分析28-29
• 3.2.2 合金电极Ni@Ni-Mo和Mo@Mo-Ni的形貌、元素组成分析29-30
• 3.3 合金电极Ni@Ni-Mo和Mo@Mo-Ni的电化学性能测试30-34
• 3.3.1 线性扫描伏安测试30-32
• 3.3.2 塔菲尔曲线32-33
• 3.3.3 交流阻抗33-34
• 3.4 小结34-36
• 第四章 NF-W合金电极的制备及性能表征36-52
• 4.1 NF-W合金电极的制备36
• 4.2 NF-W合金电极的结构、形貌分析36-43
• 4.2.1 NF-W合金电极的物相结构分析36-38
• 4.2.2 NF-W合金电极的形貌、元素组成分析38-43
• 4.3 NF-W合金电极的电化学性能测试43-49
• 4.3.1 线性扫描伏安测试43-47
• 4.3.2 塔菲尔曲线47
• 4.3.3 交流阻抗47-49
• 4.4 小结49-52
• 第五章 磷化合金电极的制备与表征52-62
• 5.1 磷化合金电极的制备52
• 5.2 磷化合金电极的结构、形貌分析52-55
• 5.2.1 磷化合金电极的物相结构分析52-53
• 5.2.2 磷化合金电极的形貌、元素组成分析53-55
• 5.3 磷化合金电极的电化学性能测试55-61
• 5.3.1 线性扫描伏安测试55-58
• 5.3.2 塔菲尔曲线58-59
• 5.3.3 交流阻抗59-61
• 5.4 小结61-62
• 第六章 结论62-64
• 参考文献64-74
• 攻读硕士期间发表的学术论文74-75
• 致谢75

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王华;叶炜;;镍硫钴析氢电极的制备及性能研究[J];表面技术;2011年06期

2 王梅丰,李国希,靳九成,黄桂芳,吴翠兰,史维东,周迭辉;离子束修饰提高钛阴极析氢活性[J];湖南大学学报(自然科学版);1998年05期

3 曹寅亮;王峰;刘景军;王建军;张良虎;覃事永;;镍硫析氢活性阴极的电化学制备及其电催化机理[J];物理化学学报;2009年10期

4 李贺,姚素薇,张卫国,王宏智;电化学技术制备析氢电极材料的研究进展[J];化工进展;2005年07期

5 何捍卫;刘红江;刘芳;周科朝;;泡沫镍基镍硫合金涂层形貌、结构和析氢性能研究[J];功能材料;2006年01期

6 张晋衡,张惠元;一种新型析氢电极的制备方法[J];化学世界;1980年06期

7 李爱昌,李健飞,任宁,刘爽;硅电极表面镍钨磷合金电沉积及其析氢性能[J];材料保护;2004年11期

8 李友遐,高诚辉,林有希,柳丽娜;非晶态镍磷镀层析氢阴极活性的控制与机理[J];材料保护;2004年01期

9 李克锋,王为,鞠峰钱文鲲;电化学技术制备高效析氢电极[J];电镀与精饰;2004年01期

10 谢正伟;何平;王薇;戴可;杜利成;;电沉积析氢电极的研究现状及展望[J];武汉理工大学学报;2012年07期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 鞠峰;王为;;高性能析氢电极的研制[A];天津市电镀工程学会第九届学术年会论文集[C];2002年

2 张远明;武繁华;李伟善;;锌和铋在氯化铵溶液中的析氢行为比较[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

3 张卫国;姚素薇;赵转清;龚正烈;;电化学法制备纳米晶Ni-W-P/p-Si电极及其催化析氢特性[A];2001年全国电子电镀年会论文集[C];2001年

4 钱文鲲;王为;;二元镍基合金镀层析氢性能的研究[A];第五届全国表面工程学术会议论文集[C];2004年

5 赵转清;张卫国;姚素薇;龚正烈;;p-Si上电沉积Ni-Mo合金及其光电催化析氢性能[A];2001年全国电子电镀年会论文集[C];2001年

6 肖日松;杜立群;刘海军;褚德南;刘冲;;微电铸的析氢现象研究[A];中国微米、纳米技术第七届学术会年会论文集（一）[C];2005年

7 吴映辉;唐和清;;Ni-P-纳米TiO_2复合镀层的析氢电催化性能[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年

8 赵雪;朱慧;杨帆;杨秀荣;;在表面活性剂"水中剥离MoS_2用作析氢催化剂[A];中国化学会第29届学术年会摘要集——第12分会：催化化学[C];2014年

9 冯永超;魏子栋;刘勇;陈四国;尹光志;;脉冲电沉积Ni-P合金析氢电极的研究[A];第七届全国氢能学术会议论文集[C];2006年

10 刘萍;唐致远;宋全生;;稀土元素对Ni-Mo合金电极析氢性能的影响[A];天津市电镀工程学会第十届学术年会论文集[C];2006年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 曹寅亮;高活性镍基析氢电极的制备及其在碱性条件下析氢行为研究[D];北京化工大学;2013年

2 张卫国;催化析氢活性阴极设计、制备与表征[D];天津大学;2004年

3 元勇军;金属铱配合物在光致析氢中的性能研究[D];南京大学;2014年

4 袁铁锤;电沉积Ni-S合金析氢阴极材料及析氢机理的研究[D];中南大学;2008年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 张晓攀;多孔镍基复合材料的制备及其析氢电催化性能[D];山东大学;2015年

2 刘璐;NiCu合金和聚AMT的电催化析氢性能的研究[D];合肥工业大学;2015年

3 于跃;碱性水电解析氢复合阴极的制备与研究[D];天津大学;2014年

4 何永伟;平板与多孔状镍基改性电极的制备及电催化析氢性能研究[D];太原理工大学;2016年

5 刘斌;几种修饰电极的电催化析氢性能研究[D];合肥工业大学;2013年

6 谢正伟;镍基电催化析氢电极材料的研究[D];西南科技大学;2013年

7 刘春松;氯碱工业用析氢活性阴极的制备与研究[D];天津大学;2006年

8 徐超;碱性电解水析氢电极研究[D];湖南大学;2011年

9 司敬沛;氯碱工业镍—硫活性阴极的研究[D];郑州大学;2006年

10 吴强;镍钼基合金催化析氢电极的研究[D];天津大学;2013年

，

本文编号：838951