三元非贵金属基析氢电极的电沉积法制备
发布时间：2021-11-11 09:37
目前,Pt元素是使用最广泛的贵金属HER材料,但商业电解水需要大规模、大面积的使用Pt,而Pt在地球上的含量稀少且价格昂贵,不适用于商业制氢。因此,探索制备非贵金属基析氢电极替代贵金属具有重要的理论意义和实际应用价值。本文采用电沉积的方法,制备了电化学活性表面积高、析氢催化活性优异的析氢电极:Cu-Ni-Mo,Ni-Fe-S和Ni-Mo-S。运用SEM、EDS、XRD和XPS对析氢电极的形貌、结构以及相态进行了表征,并通过LSV、EIS、CV等测试手段对析氢电极的电化学性能进行了检测。结果表明:（1）Cu-Ni-Mo析氢电极的表面为细小晶粒团簇而成的“花椰菜状”结构。当电流密度为10 mA·cm-2时,Cu-Ni-Mo析氢电极的析氢过电位仅为38.5 mV,Heyrovsky步骤为析氢反应速率决定步骤。Cu-Ni-Mo析氢电极中,Mo元素对其析氢性能的影响很大。相对于Cu-Ni析氢电极,Cu-Ni-Mo析氢电极的电荷转移电阻更小,活性表面积更大,Mo元素的加入使合金由晶态结构转化为非晶结构且电极的电化学活性表面积大幅增加,从而提高了析氢反应的效率。（2）Ni-Fe...
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PPy-Chi/Au改性PGE的实验装置示意图
第4章微观形貌对析氢电极HER性能的影响27eCNM-2高倍fCNM-2元素分布gCNM-2元素分布hCNM-2元素含量图4.1CNM-0、CNM-1、CNM-2、CNM-3的SEM图及CNM-2的EDS图Fig.4.1SEMimagesofCNM-0,CNM-1,CNM-2,CNM-3andEDSimagesofCNM-24.1.2Ni-Fe-S析氢电极的SEM观察及EDS分析利用SEM研究了不同Fe含量的Ni-Fe-S析氢电极表面形貌。样品NFS-1，NFS-2和NFS-3的低倍SEM图像如图4.2a~c所示，d为NFS-2高倍放大图。可见Ni-Fe-S析氢电极表面呈丘陵胞状物，均匀地覆盖在铜基板的表面，从图4.2d放大图中可以看到，丘陵状胞状物表面生长了大量致密的晶体颗粒，这种凹凸不平的丘陵状形貌有效地增大了与电解质的接触面积，暴露出大量活性位点。值得一提的是，随着Fe含量的增加，胞状物凸起程度逐渐变大，其间距也越来越校其中样品NFS-3表面的胞状物最为密集，这样虽然增大了活性表面积，但也阻碍了HER过程中产生的氢气及时逸出，降低了反应效率。综合来看，样品NFS-2很好的平衡了反应的氢吸附和脱附过程。为了研究Ni-Fe-S析氢电极的元素组成及分布，对样品NFS-2进行了EDS分析，如图4.2e~f所示，进一步验证了Ni、Fe、S成功沉积在铜板上，且三种元素分布均匀在电极表面。
沈阳工业大学硕士学位论文28aNFS-1bNFS-2cNFS-3dNFS-2高倍eNFS-2元素分布fNFS-2元素含量图4.2NFS-1、NFS-2、NFS-3的SEM图及NFS-2的EDS图Fig.4.2SEMimagesofNFS-1,NFS-2,NFS-3andEDSofNFS-24.1.3Ni-Mo-S析氢电极的SEM观察及EDS分析为了解Ni-Mo-S析氢电极随Mo含量增加而产生的形貌变化，本节详细对比了实验。图4.3a~e为样品NMS-0，NMS-1，NMS-2，NMS-3和NMS-4的SEM图。从图4.3a和f中看出，当未添加Na2MoO4·2H2O时，即样品NMS-0，可以看出此时镀层表面存在大量致密的微纳米级球状颗粒，颗粒相互粘结团聚，暴露大量的反应活性位点（结合XRD结果判断球状颗粒为Ni3S2）；当添加Na2MoO4·2H2O后，如图4.3b~e和g所示，微球表面开始出现尺寸更小的纳米粒子。由图4.3g和h，可以推断微球表面的纳米粒子主要为Mo元素，结合XRD结果判断为MoS2。
本文编号：3488626
【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
PPy-Chi/Au改性PGE的实验装置示意图
第4章微观形貌对析氢电极HER性能的影响27eCNM-2高倍fCNM-2元素分布gCNM-2元素分布hCNM-2元素含量图4.1CNM-0、CNM-1、CNM-2、CNM-3的SEM图及CNM-2的EDS图Fig.4.1SEMimagesofCNM-0,CNM-1,CNM-2,CNM-3andEDSimagesofCNM-24.1.2Ni-Fe-S析氢电极的SEM观察及EDS分析利用SEM研究了不同Fe含量的Ni-Fe-S析氢电极表面形貌。样品NFS-1，NFS-2和NFS-3的低倍SEM图像如图4.2a~c所示，d为NFS-2高倍放大图。可见Ni-Fe-S析氢电极表面呈丘陵胞状物，均匀地覆盖在铜基板的表面，从图4.2d放大图中可以看到，丘陵状胞状物表面生长了大量致密的晶体颗粒，这种凹凸不平的丘陵状形貌有效地增大了与电解质的接触面积，暴露出大量活性位点。值得一提的是，随着Fe含量的增加，胞状物凸起程度逐渐变大，其间距也越来越校其中样品NFS-3表面的胞状物最为密集，这样虽然增大了活性表面积，但也阻碍了HER过程中产生的氢气及时逸出，降低了反应效率。综合来看，样品NFS-2很好的平衡了反应的氢吸附和脱附过程。为了研究Ni-Fe-S析氢电极的元素组成及分布，对样品NFS-2进行了EDS分析，如图4.2e~f所示，进一步验证了Ni、Fe、S成功沉积在铜板上，且三种元素分布均匀在电极表面。
沈阳工业大学硕士学位论文28aNFS-1bNFS-2cNFS-3dNFS-2高倍eNFS-2元素分布fNFS-2元素含量图4.2NFS-1、NFS-2、NFS-3的SEM图及NFS-2的EDS图Fig.4.2SEMimagesofNFS-1,NFS-2,NFS-3andEDSofNFS-24.1.3Ni-Mo-S析氢电极的SEM观察及EDS分析为了解Ni-Mo-S析氢电极随Mo含量增加而产生的形貌变化，本节详细对比了实验。图4.3a~e为样品NMS-0，NMS-1，NMS-2，NMS-3和NMS-4的SEM图。从图4.3a和f中看出，当未添加Na2MoO4·2H2O时，即样品NMS-0，可以看出此时镀层表面存在大量致密的微纳米级球状颗粒，颗粒相互粘结团聚，暴露大量的反应活性位点（结合XRD结果判断球状颗粒为Ni3S2）；当添加Na2MoO4·2H2O后，如图4.3b~e和g所示，微球表面开始出现尺寸更小的纳米粒子。由图4.3g和h，可以推断微球表面的纳米粒子主要为Mo元素，结合XRD结果判断为MoS2。
本文编号：3488626
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