Co基合金HER催化电极的制备及性能研究

发布时间：2021-03-05 01:07

　　全球经济高速发展,能源需求与日俱增,环境问题日益严峻,推动开发环境友好可持续的替代能源势在必行。氢能作为一种高密度、洁净、可再生的二次能源,具有热值高、不产生任何污染、来源广泛等优点而备受关注。研究具有高催化活性的非贵金属阴极析氢催化材料,提高电解水效率降低能耗,具有重要的研究意义。本文主要针对Co基合金阴极析氢催化电极的制备及其碱性介质中的电催化性能进行研究。概括起来本文研究的主要内容如下:（1）利用恒电流电沉积方法在纯Cu基底表面制备了 Co-W合金镀层,当镀液中WO42-浓度≥0.075mol.L-1时镀层为非晶态结构。电化学研究表明,非晶态Co-W合金镀层在1mol L-1NaOH溶液中表现出良好的电催化析氢活性,过程为Volmer-Heyrovsky路径控制。W含量为～40.1wt.%的Co-W合金镀层（即S-4试样）析氢活性最强,其表观交换电流密度j0为3.17×10-5A·cm-2,Tafel 斜率为 84.3 mV·dec-1。当电位负于-1.464Vvs.SCE后该 S-4 镀层的阴极电流密度超越了商用Pt片。结合电化学阻抗分析获知,由于镀层本征催化活性和比表面积均得... 

【文章来源】：苏州大学江苏省

【文章页数】：79 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图１－１蒸汽甲烷重整制氫多膜反应器［２２］??Ｆｉ．?１－１?Ｍｕｌｔｉｌｅ?ｍｅｍｂｒａｎｅｓ?ｒｅａｃｔｏｒ?ｆｏｒ?ｓｔｅａｍ?ｍｅｔｈａｎｅ?ｒｅｆｏｎｎｉｎ

浓度极化的影响；电化学极化则可以通过选择适当的电解液来降低其影响。析氢反应过电??位可通过阴极极化曲线求得。以金属Ｐｔ作为阴极在１?ｍｏｌＩ＾ＮａＯＨ溶液中电解水制氢为??例，如图１－３所示。??金属Ｐｔ的阴极极化曲线图中，ＡＢ段电流密度基本为０ｍＡ＿ｃｎｒ２，表明此阶段没有发生??析氢反应；从Ｂ电位开始，电流密度开始增加，但是增幅不大，这表明在电位Ｂ和Ｃ之??间，有电荷转移析氢反应开始进行；在电位Ｃ和Ｄ之间，电流密度随电位的增大而呈线性??增大趋势，析氢反应速率开始增大；作ＤＣ段曲线切线与图中电流密度为零的虚线相交于??Ｅ，认为Ｅ点就是Ｐｔ在该电解质溶液中的析氢电位［３８］。??７??

氢反应过程来看，无论何种材料析氢反应第一步都是Ｖｄｍｅｒ步骤，即氢离子在电极材料表??面形成吸附态氢原子（Ｍ－Ｈａｄ），可用金属表面氢吸附的吉布斯自由能表征该金属材料的本征??催化活性。如图１－５所示，不同金属交换电流密度与吸附氢原子的吉布斯自由能之间的关??系曲线，由于具有类似火山形状，又被称为“火山图”［４２］。Ｐｔ族金屢位于火山图顶部，具??有最高的析氢催化活性和接近于零的吉布斯自由能。“火山图”也反映了?Ｓａｂａｔｉｅｒ原则，位??于Ｐｔ左侧的金属，与氢原子结合紧密阻断了活性位点，难以释放氢。而位于Ｐｔ右侧的金??属与氢原子结合较弱，不易形成稳定中间态氢原子，阻止了反应进行。一个理想的析氢催??化材料要能很好的平衡氢原子吸附和脱附所需的能量。??－１．???ｐＷａｓ?？０??．２?－?ｚｎ?ｙ＾Ｑ＾／ｌｏＳ２－ｅｄｇｅ??＾?＾?－１〇??Ｉ?／?＼?：－２〇??／?＼?Ｃｒ??〇?■?Ｃｕ＾?國國?＼?Ｍ？?－－３０??＾?關關關關心４??－０．３?－０．２?－０．１?０．０?０．５?１．０?１．５?２．０?２．５?３．０??ＡＧＨ°（ｅＶ）??图１－５火山图


本文编号：3064286