Ni-Cr-Fe合金薄膜电极的制备及析氢性能
发布时间：2021-11-07 01:50
以废旧马口铁为基体,Ni粉、Cr粉为覆膜材料,通过活化反应烧结法制备了Ni-Cr-Fe三元薄膜合金电极。采用X射线衍射分析（XRD）、场发射扫描电镜（SEM）、X射线能谱分析（EDS）、X射线光电子能谱分析（XPS）等对电极的物相、形貌结构、元素分布进行表征,并研究了电极材料的析氢机理,通过循环伏安曲线（CV）、线性极化曲线（LSV）、电化学交流阻抗（EIS）等方法测试了电极材料的电催化析氢性能。研究结果显示,在室温条件下,Ni-Fe二元合金电极材料在6 mol/L KOH溶液中的析氢过电位为-0.59 V,交换电流密度为20.6 mA/cm2,Tafel斜率为121.3 mV/dec。同样条件下,调节Cr含量可提高析氢催化活性,Ni-30%Cr-Fe（质量分数,下同）三元薄膜合金电极材料的析氢催化活性最强,其析氢过电位仅有-0.39 V,交换电流密度为30.9 mA/cm2,Tafel斜率为78.1 mV/dec,经28 160 s开路电位测试,电极材料的开路电位（η）从-0.87 V变化为-0.69 V,仅增加18 mV,表明析氢电极的化...
【文章来源】：材料导报. 2020,34(24)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
电极材料的EDS元素分布图和EDS线扫描图(电子版为彩图)
表1 电极材料的各项电化学性能Table 1 Electrochemical properties of Ni-Cr-Fe and Ni-Fe alloy electrode material Electrocatalyst Tafel slope/(mV/dec) I0/(mA/cm2) Rf I0/Sreal/(mA/cm2) Onset potential/V( vs Hg/HgO) I-0.8/(mA/cm2) Ni-Fe 121.3 20.6 1 130 1.8×10-2 -0.54 74.9 Ni-30wt%Cr-Fe 78.1 30.9 5 730 5.3×10-3 -0.39 169.2 Ni-Cr-Fe[17] / 0.24 786.3 3.062 8×10-4 -1.00 /MH+H2O+e-→H2+M+OH- (Heyrovsky反应) (5)
图1为Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料镀层的SEM图。由图1a可发现电极材料平均镀层厚度约为40 μm,镀层具有丰富的不规则且相互贯通的孔隙结构,拥有较大的真实比表面积(详见表1数据)。由图1b可发现,电极材料表面形貌表现为分布相对均匀的微米级孔洞组成的多孔结构,由高倍电镜图可以看出结构中具有明显的烧结颈。图1c为Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料的XRD图,不同Cr含量的Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料表面物质基本相同,Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料与Ni-Fe二元合金电极材料的晶体结构相似,其衍射峰有(111)、(200)和(220)。由图1d可清晰地发现,Ni-30%Cr-Fe三元合金薄膜电极材料的衍射峰向左发生了一定量的偏移,这是由于Cr原子和Fe原子高度固溶在Ni原子中,使其发生了晶格畸变。图2为Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料的EDS图。从图2中可以看出,电极材料膜外层主要为Ni、Cr元素,含有较少Fe、C元素,膜层元素分布较为均匀,没有偏聚。膜层中Fe含量较低,是由于基体Fe为致密块,没有粉末边界能量高,导致Fe元素扩散有限。膜层中含有少量C元素,是聚乙二醇在烧结过程中的分解残留。由横截面EDS图可以看出,电极材料中的Ni、Cr和Fe元素三者形成了很好的扩散,Fe元素扩散到了膜层表面,正好与其EDS元素分布图形成了相互验证的关系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物的制备与析氢性能[J]. 周琦,李志洋. 无机化学学报. 2018(12)
[2]电解水析氢电极材料的研究新进展[J]. 杜晶晶,李娜,许建雄,许利剑. 功能材料. 2015(09)
硕士论文
[1]Ni-Cr-Fe多孔材料的制备与性能研究[D]. 刘艳.湘潭大学 2016
[2]钼-二硒化钼核壳型纳米结构实现高效析氢[D]. 屈银东.电子科技大学 2016
本文编号：3480926
【文章来源】：材料导报. 2020,34(24)北大核心EICSCD
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
电极材料的EDS元素分布图和EDS线扫描图(电子版为彩图)
表1 电极材料的各项电化学性能Table 1 Electrochemical properties of Ni-Cr-Fe and Ni-Fe alloy electrode material Electrocatalyst Tafel slope/(mV/dec) I0/(mA/cm2) Rf I0/Sreal/(mA/cm2) Onset potential/V( vs Hg/HgO) I-0.8/(mA/cm2) Ni-Fe 121.3 20.6 1 130 1.8×10-2 -0.54 74.9 Ni-30wt%Cr-Fe 78.1 30.9 5 730 5.3×10-3 -0.39 169.2 Ni-Cr-Fe[17] / 0.24 786.3 3.062 8×10-4 -1.00 /MH+H2O+e-→H2+M+OH- (Heyrovsky反应) (5)
图1为Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料镀层的SEM图。由图1a可发现电极材料平均镀层厚度约为40 μm,镀层具有丰富的不规则且相互贯通的孔隙结构,拥有较大的真实比表面积(详见表1数据)。由图1b可发现,电极材料表面形貌表现为分布相对均匀的微米级孔洞组成的多孔结构,由高倍电镜图可以看出结构中具有明显的烧结颈。图1c为Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料的XRD图,不同Cr含量的Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料表面物质基本相同,Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料与Ni-Fe二元合金电极材料的晶体结构相似,其衍射峰有(111)、(200)和(220)。由图1d可清晰地发现,Ni-30%Cr-Fe三元合金薄膜电极材料的衍射峰向左发生了一定量的偏移,这是由于Cr原子和Fe原子高度固溶在Ni原子中,使其发生了晶格畸变。图2为Ni-Cr-Fe三元合金薄膜电极材料的EDS图。从图2中可以看出,电极材料膜外层主要为Ni、Cr元素,含有较少Fe、C元素,膜层元素分布较为均匀,没有偏聚。膜层中Fe含量较低,是由于基体Fe为致密块,没有粉末边界能量高,导致Fe元素扩散有限。膜层中含有少量C元素,是聚乙二醇在烧结过程中的分解残留。由横截面EDS图可以看出,电极材料中的Ni、Cr和Fe元素三者形成了很好的扩散,Fe元素扩散到了膜层表面,正好与其EDS元素分布图形成了相互验证的关系。
【参考文献】：
期刊论文
[1]多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物的制备与析氢性能[J]. 周琦,李志洋. 无机化学学报. 2018(12)
[2]电解水析氢电极材料的研究新进展[J]. 杜晶晶,李娜,许建雄,许利剑. 功能材料. 2015(09)
硕士论文
[1]Ni-Cr-Fe多孔材料的制备与性能研究[D]. 刘艳.湘潭大学 2016
[2]钼-二硒化钼核壳型纳米结构实现高效析氢[D]. 屈银东.电子科技大学 2016
本文编号：3480926
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3480926.html
