RuO 2 修饰纳米多孔Ni-Mo复合电极及其电催化析氢性能
发布时间：2021-11-09 23:37
采用脱合金化结合胶体聚沉的方法制备了纳米多孔Ni/RuO2、Ni-Mo/RuO2复合电极材料。通过X射线衍射（XRD）、X射线光电子能谱（XPS）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）对电极材料的物相、元素组态、形貌结构、孔径大小和结晶度进行表征,并通过线性扫描伏安、交流阻抗以及循环伏安等方法测试多孔电极的电催化析氢性能。分析结果显示:RuO2由于聚沉作用包覆在Ni基合金的骨架表面。Mo的加入使Ni-Mo合金非晶化的同时,促使其骨架细化,形成双连续的纳米多孔结构。Mo与RuO2的加入以及Mo含量的增加均提高了电催化析氢性能。纳米多孔Ni2.5Mo2.5/RuO2复合电极在50 mA·cm-2的电流密度下析氢过电位为182 mV。
【文章来源】：无机化学学报. 2020,36(09)北大核心SCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Ni?Mo/RuO2的高分辨XPS图
作为电催化剂，持久性与稳定性同样是衡量其催化应用价值的重要指标。我们先将Ni2.5Mo2.5与Ni3Mo2合金在1 mol·L-1NaOH电解液中进行了持续循环1 000圈的循环伏安测试(100 mV·s-1,-1.4～-0.9 V)，得到的析氢极化曲线如图11所示。对比发现，在50 mA·cm-2阴极电流密度位置处，经耐久实验后Ni2.5Mo2.5电极电位仅负移了8 mV，过电位增加3.67%;Ni3Mo2电极电位负移了11 mV，过电位增加4.82%，由此可见纳米多孔Ni2.5Mo2.5具有更佳的析氢稳定性。结合SEM分析可知，该合金具有完整连续的多级纳米网状结构，大量双连续的孔道为电极反应提供广阔的H吸附点，可以接收容纳巨量的活性H在电极表面发生电化学吸附和电化学脱附反应；另外次级网更细的纳米韧带表面活性较高，使得电极反应活化能降低，比表面积增大的同时也降低了电极的真实电流密度，所以Ni2.5Mo2.5具有良好的析氢稳定性。同时我们也对析氢过电位最低的Ni2.5Mo2.5RuO2复合电极在1 mol·L-1NaOH电解液中进行持续1 000圈循环伏安耐久实验(100 mV·s-1,-1.4～-0.9 V)，如图12所示。对比发现，经1 000次循环后的极化曲线基本保持原状，在50 mA·cm-2阴极电流密度位置处，Ni2.5Mo2.5/RuO2电极电位仅负移了5mV，过电位增加2.75%，该增加量较Ni2.5Mo2.5电极降低了0.92%，表现出更为优异的析氢稳定性与耐久性，这可归因于RuO2优异的耐腐蚀性能和强抗金属中毒力。
图2为Ni?Mo?Al合金脱合金后的XRD图。由图可见，Ni5Al95脱合金后在2θ为44.5°、51.8°、76.4°、92.9°位置处出现了4个明显的衍射峰，分别对应面心立方结构Ni相(PDF No.04?0850)的(111)、(200)、(220)与(311)晶面，并无其他相的衍射峰出现，说明前驱体Ni5Al95已完全脱合金化，从而获得了纯Ni相。Ni3Mo2Al95脱合金后在2θ为44.1°和51.4°处出现2个宽化的衍射峰，Ni2.5Mo2.5Al95脱合金后也在相同2θ附近出现了强度很微弱的衍射峰，此处的衍射峰较标准Ni的衍射峰均向低角度偏移。这是由于原子半径较大的Mo(0.136 nm)固溶于原子半径较小的Ni(0.125 nm)的晶格中，使得钼取代了镍的部分晶格位置而发生晶格畸变，造成固溶体的面间距比相应的镍大，再根据Bragg方程可知Ni?Mo固溶体相应的衍射峰会略向低角度偏移[10]。与此同时，这也验证了图1分析中Ni?Mo固溶体形成的推断。图2 前驱体合金脱合金后的XRD图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni-Co/RuO2复合电极的制备及其电催化析氢性能[J]. 周琦,段德东,冯基伟. 无机化学学报. 2019(12)
[2]Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响[J]. 周琦,李志洋,汪帆. 高等学校化学学报. 2019(08)
[3]Ru修饰Pd二十四面体纳米晶的合成及其甲醇电催化氧化性能[J]. 郭锦成,林燕芬,田娜,孙世刚. 物理化学学报. 2019(07)
[4]电沉积多孔复合Ni-P/LaNi5电极及其析氢电催化性能[J]. 段钱花,王森林,王丽品. 物理化学学报. 2013(01)
[5]Ni-Mo/LaNi5多孔复合电极的制备及其电催化析氢性能[J]. 王森林,张艺. 物理化学学报. 2011(06)
[6]非晶态合金纳米管的制备及其催化性能研究进展[J]. 丁维平,郭学锋,莫敏,祝艳,陈懿. 催化学报. 2010(08)
[7]Ni-W-WC复合电极在碱性介质中的电催化析氢[J]. 肖秀峰,刘榕芳,朱则善. 物理化学学报. 1999(08)
[8]硬质合金上金刚石膜的沉积[J]. 黎向锋,左敦稳,王珉. 航空精密制造技术. 1999(03)
本文编号：3486124
【文章来源】：无机化学学报. 2020,36(09)北大核心SCICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
Ni?Mo/RuO2的高分辨XPS图
作为电催化剂，持久性与稳定性同样是衡量其催化应用价值的重要指标。我们先将Ni2.5Mo2.5与Ni3Mo2合金在1 mol·L-1NaOH电解液中进行了持续循环1 000圈的循环伏安测试(100 mV·s-1,-1.4～-0.9 V)，得到的析氢极化曲线如图11所示。对比发现，在50 mA·cm-2阴极电流密度位置处，经耐久实验后Ni2.5Mo2.5电极电位仅负移了8 mV，过电位增加3.67%;Ni3Mo2电极电位负移了11 mV，过电位增加4.82%，由此可见纳米多孔Ni2.5Mo2.5具有更佳的析氢稳定性。结合SEM分析可知，该合金具有完整连续的多级纳米网状结构，大量双连续的孔道为电极反应提供广阔的H吸附点，可以接收容纳巨量的活性H在电极表面发生电化学吸附和电化学脱附反应；另外次级网更细的纳米韧带表面活性较高，使得电极反应活化能降低，比表面积增大的同时也降低了电极的真实电流密度，所以Ni2.5Mo2.5具有良好的析氢稳定性。同时我们也对析氢过电位最低的Ni2.5Mo2.5RuO2复合电极在1 mol·L-1NaOH电解液中进行持续1 000圈循环伏安耐久实验(100 mV·s-1,-1.4～-0.9 V)，如图12所示。对比发现，经1 000次循环后的极化曲线基本保持原状，在50 mA·cm-2阴极电流密度位置处，Ni2.5Mo2.5/RuO2电极电位仅负移了5mV，过电位增加2.75%，该增加量较Ni2.5Mo2.5电极降低了0.92%，表现出更为优异的析氢稳定性与耐久性，这可归因于RuO2优异的耐腐蚀性能和强抗金属中毒力。
图2为Ni?Mo?Al合金脱合金后的XRD图。由图可见，Ni5Al95脱合金后在2θ为44.5°、51.8°、76.4°、92.9°位置处出现了4个明显的衍射峰，分别对应面心立方结构Ni相(PDF No.04?0850)的(111)、(200)、(220)与(311)晶面，并无其他相的衍射峰出现，说明前驱体Ni5Al95已完全脱合金化，从而获得了纯Ni相。Ni3Mo2Al95脱合金后在2θ为44.1°和51.4°处出现2个宽化的衍射峰，Ni2.5Mo2.5Al95脱合金后也在相同2θ附近出现了强度很微弱的衍射峰，此处的衍射峰较标准Ni的衍射峰均向低角度偏移。这是由于原子半径较大的Mo(0.136 nm)固溶于原子半径较小的Ni(0.125 nm)的晶格中，使得钼取代了镍的部分晶格位置而发生晶格畸变，造成固溶体的面间距比相应的镍大，再根据Bragg方程可知Ni?Mo固溶体相应的衍射峰会略向低角度偏移[10]。与此同时，这也验证了图1分析中Ni?Mo固溶体形成的推断。图2 前驱体合金脱合金后的XRD图
【参考文献】：
期刊论文
[1]Ni-Co/RuO2复合电极的制备及其电催化析氢性能[J]. 周琦,段德东,冯基伟. 无机化学学报. 2019(12)
[2]Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响[J]. 周琦,李志洋,汪帆. 高等学校化学学报. 2019(08)
[3]Ru修饰Pd二十四面体纳米晶的合成及其甲醇电催化氧化性能[J]. 郭锦成,林燕芬,田娜,孙世刚. 物理化学学报. 2019(07)
[4]电沉积多孔复合Ni-P/LaNi5电极及其析氢电催化性能[J]. 段钱花,王森林,王丽品. 物理化学学报. 2013(01)
[5]Ni-Mo/LaNi5多孔复合电极的制备及其电催化析氢性能[J]. 王森林,张艺. 物理化学学报. 2011(06)
[6]非晶态合金纳米管的制备及其催化性能研究进展[J]. 丁维平,郭学锋,莫敏,祝艳,陈懿. 催化学报. 2010(08)
[7]Ni-W-WC复合电极在碱性介质中的电催化析氢[J]. 肖秀峰,刘榕芳,朱则善. 物理化学学报. 1999(08)
[8]硬质合金上金刚石膜的沉积[J]. 黎向锋,左敦稳,王珉. 航空精密制造技术. 1999(03)
本文编号：3486124
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