新型磷化镍基自支撑电极的构建及析氢和还原硝酸盐研究

发布时间：2021-11-09 10:12

　　氢能源因其高能量密度、洁净可再生等优势在绿色能源家族中脱颖而出。相较于工业上依旧重度依赖高碳能源的产氢方法,水裂解阴极产氢因具有绿色环保、制氢纯度佳、能量转化率高等优势而受到广泛研究。研发高效稳定、价廉易得并且具有宽pH适用范围的非贵金属催化剂是促进电解水产氢产业化生产的核心之举。磷化镍型过渡金属磷化物因在催化活性、成本效益、地球丰度上的巨大优势,而引起世界各国研究者的广泛关注,但其很少能在0～14的宽pH值下均能保持优异的析氢性能。为了构建pH通用-性能高效型磷化镍催化剂并探索磷化镍应用的新领域,本文通过优化电子结构和调控形貌分布制得了两种析氢性能优异且具有良好电还原性能的磷化镍（Ni₂P）电催化剂,具体如下:（1）通过化学镀镍磷和低温磷化两步工艺的耦合,提出了一种在碳布三维自支撑体上合成Ni₂P电催化剂的简便策略。通过改变化学沉积工艺中的沉积时间,化学镀液中磷含量以及低温磷化工艺中的磷化温度和磷化比例,深入探讨了Ni₂P物相和形貌的演变过程并得出性能最优的因素组合。析氢测试表明,类核桃仁状的Ni₂

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【图文】：

催化剂在酸性（图左）和碱性体系（图右）中表面析氢的两种机制2酸性阴极总反应：4H4e2H（1-1）

第2章实验方法13种研究方法。本课题采用日本东京的SmartLabX射线衍射仪在一定测试条件下（CuKα射线，扫速为5°/min，扫描范围2θ为20~80°）对制备Ni2P/CC和Ni2P/NF三维目标电极和一系列对比样电极进行分析。2.2.4X射线光电子能谱（XPS）分析通过XPS可以对制备催化剂所含元素（不包括H、He元素）的表面情况（元素组成、能级结构以及化合价态等）进行定量或定性分析。本课题以MgKα射线作为激发源，采用ThermoFisherScientific公司的X射线光电子能谱仪（ESCALAB250XI）对第三章制备Ni2P/CC和第四章制备的Ni2P/NF三维目标电极进行表征，以确定Ni、P、C等元素的价态。2.3三维自支撑磷化镍电极的析氢性能评价体系第三、四章对制备的三维磷化镍电极的电催化析氢性能的评价均采用标准三电极体系，以制备Ni2P/CC和Ni2P/NF三维目标电极和一系列对比样电极为工作电极，Ag/AgCl（浓度为3M）作参比电极，石墨棒（直径为6cm）作对电极。测试仪器为上海辰华CHI650C电化学工作站。图2-1电催化析氢测试装置图

2与传统粉末磷化镍相比，磷化镍原位嵌于合适的自支撑三维集流导电基体上有着更为理想的催化效果，避免使用可能阻断活性位点和抑制气体扩散的聚合物粘结剂既简化了制作工艺并节省了滴加在玻碳电极的时间又使催化材料和底物的结合更紧密还能改变自支撑电极的形貌和微观结构[59]。基体与催化剂之间的界面效应可以控制电子分布，调节中间吸附能，防止催化剂的致密聚集，有利于提高自支撑电极在实际大电流密度电解中的催化活性和长期稳定性。图 3-1 是制备 Ni2P/CC 三维功能性电催化剂的合成工艺示意图。

【参考文献】：
博士论文
[1]宽pH值稳定、高活性析氢电催化剂的结构设计与性能研究[D]. 高爽.吉林大学 2018

硕士论文
[1]磷化镍/改性氧化石墨电化学析氢性能及硝酸盐还原的研究[D]. 康宁.燕山大学 2019
[2]磷化镍及其复合纳微米材料的制备、表征及性能研究[D]. 刘慧.陕西科技大学 2015



本文编号：3485134