Ni-Co-Sn和Ni-Co-P电极的制备及其电催化性能的研究

发布时间：2021-01-14 23:24

　　能源紧缺以及伴随能源使用而造成的环境污染是当今社会面临的重大问题,寻找能够代替传统化石燃料的新能源是解决这两大问题的关键。经过人们研究发现,氢气具有燃烧无污染,热值高且来源广等诸多优点,是一种理想的清洁能源载体。由于地球上水资源丰富,人们把制取氢气的途径转向了电解水。目前,电解水制取氢气最大困难就在于电极催化性能不高,能耗太大。因此决定材料催化活性的因素需要被深入研究并以此来指导高效催化活性的电极材料的合成,降低制氢成本。本论文采用简单的电化学沉积法制备了一系列镍基合金催化电极,测试了其催化性能并探究了各个沉积变量对性能的影响,得到了本文中性能最优的催化电极及其制备条件。首先我们采用电沉积法制备了一系列Ni-Co-Sn合金电极。通过调控电沉积条件,最终发现,在电解液pH为5.0,沉积电流密度5 A/dm²,沉积温度50℃,沉积时长30 min时,可以获得析氢性能优异的Ni-Co-Sn合金电极。在碱性条件下（1 M NaOH溶液）测得其在电流密度为10 mA/cm²时展示出-76 mV的析氢过电位,小到63 mV?dec^-1

【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：92 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

碱性环境下电解水原理图

3图 1.1 碱性环境下电解水原理图1.2.2 电催化析氢催化机理前面我们提到实际情况中的通过电解水析氢反应制备氢气都需要高效的催化剂来降低反应所需能耗。电催化析氢反应是在催化剂表面发生一个多步电化学过程[33,34]。如图 1.2 所示，酸性环境中，在催化反应的初始阶段，一个水合氢根离子（酸性条件下，质子会和水分子以范德瓦尔斯力结合成水合氢根离子）吸附于催化电极的表面，这个吸附位点也叫活性位点。得到一个转移电子后，吸附质子被还原，变成一个吸附氢原子。这个步骤叫做初级放电步骤，也叫 Volmer 反应。接着吸附的氢原子将可能通过电化学脱附步骤或复合步骤开始形成 H2，并依次解吸。而到底将发生哪个反应，则取决于催化剂本身的固有属性。电化学脱附步骤也叫 Heyrovsky 反应，在这个反应中，生成的氢原子与水合氢根离子结合，然后从催化剂表面得到一个转移电子形成 H2。对于复合脱附步骤，首先催化剂表面吸附氢原子相邻的活性位点上通过相同的初级放电步骤同样产生了一个吸附氢原子，然后这两个相邻的吸附氢原子直接结合并且脱附产生氢气，这个步骤也叫 Tafel 反应。这些反应步骤已经在一些材料中被证实[32]。在碱性电解液中，溶液中没有质子，在初级放电过程中，水分子中的氢氧键首先需要在

由能对催化反应最有利。图 1.3 为交换电流密度随氢原子吸附的变化关系，也叫的“火山”图[38-40]。图中 Pt，Rh，Ir 等贵换电流密度和接近零的氢吸附吉布斯自由能，因而在电解水实催化活性。基于“火山型效应”可知，当催化剂活性位点的氢时，就会拥有较大的交换电流密度和较高的催化活性。


本文编号：2977751