镍铜铁合金电沉积和处理方法及其催化析氧性能研究
发布时间：2021-02-23 03:41
人类社会的发展对新能源的需求越来越大。水的电解是新能源和环境领域中的一个重要的电化学反应,析氧反应（OER）作为其中更为缓慢的半反应,需要高效的催化剂来加速水氧化的这一缓慢动力学过程。降低析氧反应过程的过电势,开发高性能非贵金属的析氧催化剂成为了亟待解决的问题。本论文分别采用基于双极电化学原理的梯度电沉积方法和对常规电沉积合金选择性脱铜处理法,制备不同的镍铜铁三元合金,研究两种不同方法制备的合金电极对析氧反应催化性能的效果。通过双极电沉积方法在镍基底上成功制备出了成分和微观结构呈梯度变化Ni-Cu-Fe三元梯度合金,该技术基于双极电极（BPE）和电解溶液的界面之间的电势梯度。界面电势梯度使得不同金属原子的电沉积速率沿着BPE的长度变化,从而得以制备出组成具有梯度的合金。使用场发射扫描电子显微镜（FESEM）表征电沉积物的表面形态,并且使用能量色散X射线光谱仪（EDS）确定合金的化学组成,分析结果表明沉积颗粒的大小和成分呈梯度分布。将得到的梯度合金作为一种OER电催化剂进行了电化学性能测试。为评估电催化活性与梯度合金的组成之间的关系,发展了一种“面积阶跃”循环伏安法（ASCV）——即通过...
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双极电化学原理示意图
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文13图2.1双极电化学沉积池设计图Fig.2.1Lengthwise(a)andhorizontalsection(b)ofthebipolarelectrochemicalcell.A,anodicdrivingcompartment;B,bipolardepositioncompartment;C,cathodicdrivingcompartment;D,drivingelectrodes;E,electrolytechannels;F,cathodicpole(nickelstripwithaPTFEsubstrate)oftheBPE;G,anodicpole(graphitestrip)oftheBPE;H,midpointoftheBPE;I,glasscoverswithagaspore.Thenumbers1to7markthesevenzones(eacharea:3mm4mm)onthegradientalloysurfacetargetedfortheASCVandFESEM-EDSanalyses.2.2.2.2双极电化学沉积池的结构双极电化学池（图2.1）是自行设计制造的，用于梯度合金的电沉积。使用聚苯硫醚（PPS）制造的池体包括阳极驱动室（A）（φ=15mm，h=1.5cm）、双极沉积室（B）（60mm10mm，h=1.0cm）和阴极驱动室（C）（φ=15mm，h=1.5cm）。两个驱动电极（D）由厚度为1.0mm的石墨片制成，其距离为90mm，分别放置在两个驱动池（A和C）中。三个电解池隔室（A、B和C）通过两个电解质通道（E）（φ=2mm，Lleft=1cm，Lright=0.3cm）连接。使用稳压电源（WYK60V3A）来调节两个驱动电极之间的驱动电压，沿着双极沉积室中的电解质产生线性电势梯度（见图2.1a中的红色虚线）。BPE由一镍片（厚度为0.15mm）作为阴极（F），防腐蚀石墨片（G）为阳极。将带有PTFE基板（10mm×60mm）的镍片（3mm×60mm）水平放置在沉积池（B）中。石墨片与镍片的一端电接触并延伸至阴极驱动池（C）。设计所得实物图如图2.2所示。
第二章镍铜铁梯度合金双极电沉积及其局部析氧性能14图2.2双极电化学沉积装置实物图Fig.2.2Pictureofbipolarelectrochemicaldepositiondevice2.2.2.3双极电极的制备和预处理镍片和石墨片构成双极电极，分别作为BPE阴极和BPE阳极。首先将镍片（厚度为0.15mm）裁剪成3mm×60mm的长条，放置在丙酮溶液中浸泡超声清洗一段时间除去表面的油脂和有机杂质，再用二次蒸馏水多次冲洗干净。然后将镍片牢牢粘贴在10mm×60mm的聚四氟乙烯（PTFE）基板上，用800粒度的金相砂纸对PTFE基板上的镍片进行机械打磨抛光，再用乙醇加二次蒸馏水超声清洗。从大块石墨片（厚度为1.0mm）上裁剪出4.0mm×20mm的石墨条，在800粒度的金相砂纸上打磨抛光，用乙醇和二次蒸馏水清洗干净，自然晾干备用。再将石墨条与PTFE基板上镍片用一根金属丝连接构成BPE。2.2.2.4驱动电极的制备和预处理用石墨片做驱动电极的阴阳极，将厚度为1.0mm的石墨片裁剪成0.6mm×40mm长条，在800粒度的金相砂纸上机械打磨抛光，用乙醇和二次蒸馏水清洗干净，自然晾干备用。2.2.3镍铜铁梯度合金的沉积2.2.3.1电沉积液的配制电沉积溶液是NiCl2·6H2O、CuSO4·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O的盐溶液，再在该盐溶液里加入0.2MNa3C6H5O7·2H2O、0.45M(NH4)2SO4和0.55MNaPO2H2·H2O作为支持电解质[70]，这里也是通过前期有大量实验摸索，其他溶剂作为支持电解质效果不佳。称取沉积液中各成分，将其放入50mL烧杯中超声混合溶解，再用10MNaOH调pH=10溶液后，将其转移至50mL容量瓶，待溶液恢复至室温后，定容备用。2.2.3.2镍铜铁梯度合金沉积参数的确定因为电势差是双极电化学沉积合金的主要影响因素，所以首先研究驱动电压对沉积的镍铜铁梯度合金的影响，为了初步筛选出合适的驱动电压，我们先设置
【参考文献】：
期刊论文
[1]Self-supported Ni2P nanosheets on low-cost three-dimensional Fe foam as a novel electrocatalyst for efficient water oxidation[J]. Mengrong Zhang,Taotao Wang,Hongyun Cao,Shengsheng Cui,Pingwu Du. Journal of Energy Chemistry. 2020(03)
[2]NiFe-based nanostructures on nickel foam as highly efficiently electrocatalysts for oxygen and hydrogen evolution reactions[J]. Wei Zhang,Daohao Li,Longzhou Zhang,Xilin She,Dongjiang Yang. Journal of Energy Chemistry. 2019(12)
[3]Advances in electrocatalysts for oxygen evolution reaction of water electrolysis-from metal oxides to carbon nanotubes[J]. Yi Cheng,San Ping Jiang. Progress in Natural Science:Materials International. 2015(06)
本文编号：3046961
【文章来源】：合肥工业大学安徽省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1.1双极电化学原理示意图
合肥工业大学学历硕士研究生学位论文13图2.1双极电化学沉积池设计图Fig.2.1Lengthwise(a)andhorizontalsection(b)ofthebipolarelectrochemicalcell.A,anodicdrivingcompartment;B,bipolardepositioncompartment;C,cathodicdrivingcompartment;D,drivingelectrodes;E,electrolytechannels;F,cathodicpole(nickelstripwithaPTFEsubstrate)oftheBPE;G,anodicpole(graphitestrip)oftheBPE;H,midpointoftheBPE;I,glasscoverswithagaspore.Thenumbers1to7markthesevenzones(eacharea:3mm4mm)onthegradientalloysurfacetargetedfortheASCVandFESEM-EDSanalyses.2.2.2.2双极电化学沉积池的结构双极电化学池（图2.1）是自行设计制造的，用于梯度合金的电沉积。使用聚苯硫醚（PPS）制造的池体包括阳极驱动室（A）（φ=15mm，h=1.5cm）、双极沉积室（B）（60mm10mm，h=1.0cm）和阴极驱动室（C）（φ=15mm，h=1.5cm）。两个驱动电极（D）由厚度为1.0mm的石墨片制成，其距离为90mm，分别放置在两个驱动池（A和C）中。三个电解池隔室（A、B和C）通过两个电解质通道（E）（φ=2mm，Lleft=1cm，Lright=0.3cm）连接。使用稳压电源（WYK60V3A）来调节两个驱动电极之间的驱动电压，沿着双极沉积室中的电解质产生线性电势梯度（见图2.1a中的红色虚线）。BPE由一镍片（厚度为0.15mm）作为阴极（F），防腐蚀石墨片（G）为阳极。将带有PTFE基板（10mm×60mm）的镍片（3mm×60mm）水平放置在沉积池（B）中。石墨片与镍片的一端电接触并延伸至阴极驱动池（C）。设计所得实物图如图2.2所示。
第二章镍铜铁梯度合金双极电沉积及其局部析氧性能14图2.2双极电化学沉积装置实物图Fig.2.2Pictureofbipolarelectrochemicaldepositiondevice2.2.2.3双极电极的制备和预处理镍片和石墨片构成双极电极，分别作为BPE阴极和BPE阳极。首先将镍片（厚度为0.15mm）裁剪成3mm×60mm的长条，放置在丙酮溶液中浸泡超声清洗一段时间除去表面的油脂和有机杂质，再用二次蒸馏水多次冲洗干净。然后将镍片牢牢粘贴在10mm×60mm的聚四氟乙烯（PTFE）基板上，用800粒度的金相砂纸对PTFE基板上的镍片进行机械打磨抛光，再用乙醇加二次蒸馏水超声清洗。从大块石墨片（厚度为1.0mm）上裁剪出4.0mm×20mm的石墨条，在800粒度的金相砂纸上打磨抛光，用乙醇和二次蒸馏水清洗干净，自然晾干备用。再将石墨条与PTFE基板上镍片用一根金属丝连接构成BPE。2.2.2.4驱动电极的制备和预处理用石墨片做驱动电极的阴阳极，将厚度为1.0mm的石墨片裁剪成0.6mm×40mm长条，在800粒度的金相砂纸上机械打磨抛光，用乙醇和二次蒸馏水清洗干净，自然晾干备用。2.2.3镍铜铁梯度合金的沉积2.2.3.1电沉积液的配制电沉积溶液是NiCl2·6H2O、CuSO4·5H2O、Fe(NO3)3·9H2O的盐溶液，再在该盐溶液里加入0.2MNa3C6H5O7·2H2O、0.45M(NH4)2SO4和0.55MNaPO2H2·H2O作为支持电解质[70]，这里也是通过前期有大量实验摸索，其他溶剂作为支持电解质效果不佳。称取沉积液中各成分，将其放入50mL烧杯中超声混合溶解，再用10MNaOH调pH=10溶液后，将其转移至50mL容量瓶，待溶液恢复至室温后，定容备用。2.2.3.2镍铜铁梯度合金沉积参数的确定因为电势差是双极电化学沉积合金的主要影响因素，所以首先研究驱动电压对沉积的镍铜铁梯度合金的影响，为了初步筛选出合适的驱动电压，我们先设置
【参考文献】：
期刊论文
[1]Self-supported Ni2P nanosheets on low-cost three-dimensional Fe foam as a novel electrocatalyst for efficient water oxidation[J]. Mengrong Zhang,Taotao Wang,Hongyun Cao,Shengsheng Cui,Pingwu Du. Journal of Energy Chemistry. 2020(03)
[2]NiFe-based nanostructures on nickel foam as highly efficiently electrocatalysts for oxygen and hydrogen evolution reactions[J]. Wei Zhang,Daohao Li,Longzhou Zhang,Xilin She,Dongjiang Yang. Journal of Energy Chemistry. 2019(12)
[3]Advances in electrocatalysts for oxygen evolution reaction of water electrolysis-from metal oxides to carbon nanotubes[J]. Yi Cheng,San Ping Jiang. Progress in Natural Science:Materials International. 2015(06)
本文编号：3046961
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