化学镀镍基稀土合金电极及其对偏硼酸钠的电催化行为研究
发布时间：2021-08-05 14:56
氢能由于洁净无污染可再生的优点在当今资源短缺,环境污染严重的社会广受欢迎。硼氢化钠是一种优良的储氢材料,同时也是燃料电池的首选氢源,但由于生产成本高限制了其广泛使用。利用电化学法将偏硼酸钠转化为硼氢化钠,实现硼资源的循环利用成为研究的重点。由于阴极对BO2-的排斥作用,偏硼酸钠转化为硼氢化钠的重点是选择合适的供电方式和具有高催化活性的电极作为阴极材料。本文制备具有耐腐蚀性和催化活性的Ce-Ni-B稀土合金电极和Tb-Ni-B稀土合金电极。研究稀土的添加对电极表面形貌、成分组成及耐腐蚀性的影响。并将Ce-Ni-B稀土合金电极和Tb-Ni-B稀土合金电极用作电解偏硼酸钠的阴极材料。研究不同条件下偏硼酸钠的电催化还原行为。主要研究内容如下:1、化学镀镍基稀土合金电极。通过正交实验及已有文献配方确定了化学镀Ni-B合金的最优镀液配方为二甲胺基甲硼烷10g/L,氢氧化钠1g/L,无水氯化镍10g/L,苹果酸1.5g/L,柠檬酸1.5g/L,乙二酸1.5g/L。向Ni-B合金的最优镀液配方中分别添加不同含量的Ce（NO3）...
【文章来源】：青海师范大学青海省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球硼储量统计图
化学镀镍基稀土合金电极及其对偏硼酸钠的电催化行为研究91.4.2电化学法制备硼氢化钠电化学法制备硼氢化钠的实验在自制的三电极电解池中进行，自制三电极电解池如图1-2所示，实验过程中电极材料、电解液、隔膜的选择都会对偏硼酸钠电解实验产生直接影响。图1-2自制三电极电解池（1）关于阴极材料的选择George[79]在专利中，利用牺牲阳极（M）法，选择的阴极材料为金属M，金属M比金属M1更易形成汞合金，因此选择金属M作为汞合金沉积在阴极上作为阴极材料。同时金属M1离子会从阳极进入溶液，所需的硼氢化物在阳极沉淀。Cooper[80]在专利中指出可以选择的阴极材料要具有氢催化活性，例如石墨、碳、镍、钴、银、不锈钢、铁、钽、铂、钯、铱等也可选择硼化镍、硼化钴等复合结构材料作为阴极。这种阴极材料的选择是为了阴极表面生成的硼酸盐离子与初生氢之间的反应更容易发生。Hitoshi[81]在研究中指出阴极材料要使用氢超电势在0.3V以上的钽、铟、锌、铅、碳等材料，而选择的阳极材料有镍、钴、铁、二氧化铅、银等材料，这些材料的氢超电势均在0.3V以下。Shen等[82,83]均采用硼掺杂金刚石薄膜电极作为阴极，利用脉冲电压对偏硼酸钠电还原，完成了煤脱硫的工艺。孙彦平[84]选择主要成分是镍，铁，石墨，不锈钢及其合金的三维电极作为阴极材料，电极的表面积可以被有效增大，电解反应的速率会明显提高。赵家雄[85]选用不同的金属氧化物压片如ZnO,C/Ni，CuO,C/Ni,ZnO,MnO2,C/Ni等作阴极，为了比较不同电极的催化活性，分别计算了当阴极材料选择不同金属氧化物时，电解液中硼氢化钠的浓度，结果表明氧化物电极中ZnO,MnO2,C/Ni电极的电催化活性最高。王建强[86]通过分别计算不同电极材料在电解体系中的分形维数，a和i0，得出应选择Ti/Pb
青海师范大学硕士学位论文244.1.2Ce的添加对电极表面形貌及成分的影响对添加不同稀土硝酸铈后得到的化学镀层进行SEM表征。由图4-1可知Ni-B镀层由大小不一的球形颗粒组成。添加1g/L硝酸铈后，Ce-Ni-B镀层表面的球形颗粒仍大小不一，排列稀疏。添加5g/L的硝酸铈后，镀层表面的球形颗粒均匀，但却出现明显的裂痕。继续增加硝酸铈的量到9g/L时，镀层表面出现较粗大的胞状颗粒，团聚现象严重，会对电极的性能产生不利的影响。而在Ni-B镀液中添加3g/L的硝酸铈后，可以观察到电极表面富集的稀土元素变多，晶粒尺寸发生明显细化，晶粒间堆积紧密，排布均匀，无裂痕出现。这是由于Ce的添加使表面能下降，粒子的成核效率被提高，化学沉积时产生的内应力被减弱[67]。细致均匀紧密的镀层可以有效的防止后续实验中腐蚀介质以及电解液对基体铜片的腐蚀，提高了电极的稳定性，较小的晶粒尺寸有利于暴露更多的活性位点，增大催化的比表面积，有利于后续电解实验的进行。因此硝酸铈的最佳添加量为3g/L。（a）（b）（c）（d）（e）图4-1不同Ce(NO3)3添加量下合金电极的形貌（a,0g/L;b,1g/L;c,3g/L;d,5g/L;e,9g/L）在Ni-B合金最优化学镀液中添加3g/LCe(NO3)3后镀层表面的EDX表征见图4-2。由图4-2可知，主要元素Ni、B和Ce已经成功沉积到镀层表面。镀层中的C、O、Cl、Na元素是由镀液中其它成分造成的。表4-1是Ni-B合金镀层
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国氢能发展现状与前景展望[J]. 刘坚,钟财富. 中国能源. 2019(02)
[2]我国氢能源产业发展前景浅析[J]. 刘思明. 化学工业. 2018(05)
[3]La掺杂对Ti/Sb-SnO2电极改性机制的研究:电化学分析[J]. 薛娟琴,张晓,毕强. 稀有金属材料与工程. 2018(08)
[4]氢气储存方法及发展[J]. 王学磊,马国民. 科技经济导刊. 2018(20)
[5]氢能利用的发展现状及趋势[J]. 汪广溪. 低碳世界. 2017(29)
[6]Schlesinger法合成硼氢化钠工艺条件及优化途径[J]. 侯殿保,李海民,党亚. 化工进展. 2014(11)
[7]磁控溅射制备Er3+/Yb3+共掺杂TiO2薄膜的上转换发光特性[J]. 毛鑫光,王俊,沈杰. 物理学报. 2014(08)
[8]氢能利用与碳质材料吸附储氢技术[J]. 刘美琴,李奠础,乔建芬,李伟,吴志敏. 化工时刊. 2013(11)
[9]稀土铈对化学镀复合镀Ni-P-PTFE镀层耐蚀性能的影响[J]. 何旭,付传起,王宙,张庆乐. 表面技术. 2013(02)
[10]稀土铒改性钛基PbO2电极的制备和性能[J]. 林小燕,杨卫华,杨武涛,王美清. 材料研究学报. 2012(04)
博士论文
[1]硅基稀土氧化物半导体Eu2O3电致发光性能研究[D]. 殷雪.北京交通大学 2017
[2]稀土硅酸盐单晶纳米线的可控合成及其光子学特性研究[D]. 王晓霞.湖南大学 2017
[3]氮掺杂Fe@C及Fe@Si@C纳米复合材料的制备及其性能研究[D]. 石彩静.天津大学 2017
[4]电沉积法制备镍基二氧化铈复合催化析氢电极的研究[D]. 郑振.哈尔滨工业大学 2013
[5]新型功能纳米材料制备及X射线吸收谱学研究[D]. 郑旭升.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]超声场中Ni-B基化学镀层的制备及性能研究[D]. 钱炜.上海应用技术大学 2018
[2]稀土掺杂MoS2薄膜的制备与光学特性研究[D]. 孟淼飞.苏州科技大学 2018
[3]钴基复合催化剂的制备及其催化性能研究[D]. 张月.青岛科技大学 2018
[4]稀土改性锡铱氧化物电极在制备2,5-二氯苯酚中的应用[D]. 马翔宇.江苏大学 2018
[5]稀土氧化物-PbO2-SnO2/泡沫钛多元电极的制备[D]. 贾旭.华北理工大学 2018
[6]稀土改性钛基SnO2电极机理及性能研究[D]. 张晓.西安建筑科技大学 2017
[7]化学沉积Ni-W-P合金激光诱导纳米化及性能特征[D]. 刘耀国.齐鲁工业大学 2017
[8]稀土钇及热处理工艺对ZL114A合金组织和性能的影响[D]. 李登元.湖南大学 2017
[9]硼氢化钠催化水解放氢性能的研究[D]. 郭茂文.长安大学 2017
[10]化学镀Ni-P-PTFE复合涂层的微观结构和力学性能研究[D]. 董帅峰.上海理工大学 2017
本文编号：3323954
【文章来源】：青海师范大学青海省
【文章页数】：66 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
全球硼储量统计图
化学镀镍基稀土合金电极及其对偏硼酸钠的电催化行为研究91.4.2电化学法制备硼氢化钠电化学法制备硼氢化钠的实验在自制的三电极电解池中进行，自制三电极电解池如图1-2所示，实验过程中电极材料、电解液、隔膜的选择都会对偏硼酸钠电解实验产生直接影响。图1-2自制三电极电解池（1）关于阴极材料的选择George[79]在专利中，利用牺牲阳极（M）法，选择的阴极材料为金属M，金属M比金属M1更易形成汞合金，因此选择金属M作为汞合金沉积在阴极上作为阴极材料。同时金属M1离子会从阳极进入溶液，所需的硼氢化物在阳极沉淀。Cooper[80]在专利中指出可以选择的阴极材料要具有氢催化活性，例如石墨、碳、镍、钴、银、不锈钢、铁、钽、铂、钯、铱等也可选择硼化镍、硼化钴等复合结构材料作为阴极。这种阴极材料的选择是为了阴极表面生成的硼酸盐离子与初生氢之间的反应更容易发生。Hitoshi[81]在研究中指出阴极材料要使用氢超电势在0.3V以上的钽、铟、锌、铅、碳等材料，而选择的阳极材料有镍、钴、铁、二氧化铅、银等材料，这些材料的氢超电势均在0.3V以下。Shen等[82,83]均采用硼掺杂金刚石薄膜电极作为阴极，利用脉冲电压对偏硼酸钠电还原，完成了煤脱硫的工艺。孙彦平[84]选择主要成分是镍，铁，石墨，不锈钢及其合金的三维电极作为阴极材料，电极的表面积可以被有效增大，电解反应的速率会明显提高。赵家雄[85]选用不同的金属氧化物压片如ZnO,C/Ni，CuO,C/Ni,ZnO,MnO2,C/Ni等作阴极，为了比较不同电极的催化活性，分别计算了当阴极材料选择不同金属氧化物时，电解液中硼氢化钠的浓度，结果表明氧化物电极中ZnO,MnO2,C/Ni电极的电催化活性最高。王建强[86]通过分别计算不同电极材料在电解体系中的分形维数，a和i0，得出应选择Ti/Pb
青海师范大学硕士学位论文244.1.2Ce的添加对电极表面形貌及成分的影响对添加不同稀土硝酸铈后得到的化学镀层进行SEM表征。由图4-1可知Ni-B镀层由大小不一的球形颗粒组成。添加1g/L硝酸铈后，Ce-Ni-B镀层表面的球形颗粒仍大小不一，排列稀疏。添加5g/L的硝酸铈后，镀层表面的球形颗粒均匀，但却出现明显的裂痕。继续增加硝酸铈的量到9g/L时，镀层表面出现较粗大的胞状颗粒，团聚现象严重，会对电极的性能产生不利的影响。而在Ni-B镀液中添加3g/L的硝酸铈后，可以观察到电极表面富集的稀土元素变多，晶粒尺寸发生明显细化，晶粒间堆积紧密，排布均匀，无裂痕出现。这是由于Ce的添加使表面能下降，粒子的成核效率被提高，化学沉积时产生的内应力被减弱[67]。细致均匀紧密的镀层可以有效的防止后续实验中腐蚀介质以及电解液对基体铜片的腐蚀，提高了电极的稳定性，较小的晶粒尺寸有利于暴露更多的活性位点，增大催化的比表面积，有利于后续电解实验的进行。因此硝酸铈的最佳添加量为3g/L。（a）（b）（c）（d）（e）图4-1不同Ce(NO3)3添加量下合金电极的形貌（a,0g/L;b,1g/L;c,3g/L;d,5g/L;e,9g/L）在Ni-B合金最优化学镀液中添加3g/LCe(NO3)3后镀层表面的EDX表征见图4-2。由图4-2可知，主要元素Ni、B和Ce已经成功沉积到镀层表面。镀层中的C、O、Cl、Na元素是由镀液中其它成分造成的。表4-1是Ni-B合金镀层
【参考文献】：
期刊论文
[1]我国氢能发展现状与前景展望[J]. 刘坚,钟财富. 中国能源. 2019(02)
[2]我国氢能源产业发展前景浅析[J]. 刘思明. 化学工业. 2018(05)
[3]La掺杂对Ti/Sb-SnO2电极改性机制的研究:电化学分析[J]. 薛娟琴,张晓,毕强. 稀有金属材料与工程. 2018(08)
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[7]磁控溅射制备Er3+/Yb3+共掺杂TiO2薄膜的上转换发光特性[J]. 毛鑫光,王俊,沈杰. 物理学报. 2014(08)
[8]氢能利用与碳质材料吸附储氢技术[J]. 刘美琴,李奠础,乔建芬,李伟,吴志敏. 化工时刊. 2013(11)
[9]稀土铈对化学镀复合镀Ni-P-PTFE镀层耐蚀性能的影响[J]. 何旭,付传起,王宙,张庆乐. 表面技术. 2013(02)
[10]稀土铒改性钛基PbO2电极的制备和性能[J]. 林小燕,杨卫华,杨武涛,王美清. 材料研究学报. 2012(04)
博士论文
[1]硅基稀土氧化物半导体Eu2O3电致发光性能研究[D]. 殷雪.北京交通大学 2017
[2]稀土硅酸盐单晶纳米线的可控合成及其光子学特性研究[D]. 王晓霞.湖南大学 2017
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[4]电沉积法制备镍基二氧化铈复合催化析氢电极的研究[D]. 郑振.哈尔滨工业大学 2013
[5]新型功能纳米材料制备及X射线吸收谱学研究[D]. 郑旭升.中国科学技术大学 2013
硕士论文
[1]超声场中Ni-B基化学镀层的制备及性能研究[D]. 钱炜.上海应用技术大学 2018
[2]稀土掺杂MoS2薄膜的制备与光学特性研究[D]. 孟淼飞.苏州科技大学 2018
[3]钴基复合催化剂的制备及其催化性能研究[D]. 张月.青岛科技大学 2018
[4]稀土改性锡铱氧化物电极在制备2,5-二氯苯酚中的应用[D]. 马翔宇.江苏大学 2018
[5]稀土氧化物-PbO2-SnO2/泡沫钛多元电极的制备[D]. 贾旭.华北理工大学 2018
[6]稀土改性钛基SnO2电极机理及性能研究[D]. 张晓.西安建筑科技大学 2017
[7]化学沉积Ni-W-P合金激光诱导纳米化及性能特征[D]. 刘耀国.齐鲁工业大学 2017
[8]稀土钇及热处理工艺对ZL114A合金组织和性能的影响[D]. 李登元.湖南大学 2017
[9]硼氢化钠催化水解放氢性能的研究[D]. 郭茂文.长安大学 2017
[10]化学镀Ni-P-PTFE复合涂层的微观结构和力学性能研究[D]. 董帅峰.上海理工大学 2017
本文编号：3323954
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