鎳基析氫電極材料的制備及其性能表征.pdf

1、氫氣是一種高效理想的燃料,它潔凈、資源豐富并且可再生。在眾多的制氫技術(shù)中,電解水技術(shù)應(yīng)用廣泛,被認(rèn)為是最有前途的一種制氫技術(shù)。研究表明,高效的析氫電極應(yīng)具有比表面積大、導(dǎo)電性良好、析氫過電位低、電化學(xué)穩(wěn)定性好、電催化活性高且耐腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。然而一些電極沒有得到廣泛的應(yīng)用,主要是因?yàn)殡姌O析氫過電位過高而導(dǎo)致電能的過度消耗。所以,降低電極反應(yīng)析氫過電位的研究具有重要的意義。
　　 通過電化學(xué)共沉積技術(shù),將具有特殊性質(zhì)的惰性固體顆粒

2、均勻地?fù)诫s到金屬鍍層中,利用它們之間的協(xié)同效應(yīng)實(shí)現(xiàn)各組份的優(yōu)勢互補(bǔ),可以有效提高電極的催化析氫性能。本課題采用復(fù)合電沉積方法,以金屬鈦片作為基底,將稀土金屬氧化物Y2O3、Gd2O3、Sm2O3固相粒子作為第三相物質(zhì)同Ni-Co合金進(jìn)行共沉積。
　　 通過對(duì)Ni-Co合金的制備條件進(jìn)行研究,從而進(jìn)一步研究復(fù)合電沉積所需的條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在0.50 mol L-1 Na2SO4+0.10 mol L-1H2SO4溶液中,當(dāng)沉積

3、電流密度為30 mA cm-2,溫度為50℃條件下得到的復(fù)合鍍層析氫性能最好。基于這一條件對(duì)復(fù)合電沉積過程進(jìn)行進(jìn)一步研究,并結(jié)合掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)等相關(guān)材料測試方法研究復(fù)合電極的表面微觀結(jié)構(gòu)和相組成。通過穩(wěn)態(tài)極化曲線、電化學(xué)交流阻抗譜、Tafel極化曲線等電化學(xué)測試75"法來研究所制備電極材料的催化析氫性能,并深入探討電極材料結(jié)構(gòu)與性能之間的內(nèi)在聯(lián)系。
　　 通過復(fù)合電沉積方法得到Ni-Co-Y2O3電極。

4、穩(wěn)態(tài)極化曲線測試表明,當(dāng)電流密度為13 mA cm-2時(shí),Ni-Co-Y2O3復(fù)合電極的析氫過電位比Ni-Co合金的析氫電極電位降低了100 mV左右。通過Tafel曲線得到析氫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù),進(jìn)而計(jì)算出其交換電流密度是Ni-Co合金電極的6.7倍,而且反應(yīng)的表觀活化能降低了3.42 kJmol-1。結(jié)果表明,Ni—Co-Y2O3電極的析氫活性較Ni-Co電極有一定程度的提高。
　　 采用復(fù)合電沉積技術(shù)制備得到Ni-Co-Gd

5、2O3復(fù)合電極。穩(wěn)態(tài)極化曲線測試表明,當(dāng)電流密度在9 mA cm-2時(shí),Ni-Co-Gd2O3復(fù)合電極的催化氫析電位比Ni-Co合金電極的析氫電位正移了130 mV左右。通過Tafel曲線得到析氫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)如i0、6、Rct等,得到復(fù)合電極的真實(shí)交換電流密度增大了2.07倍,同時(shí)反應(yīng)的表觀活化能減小29 kJ mol-1,表明Gd2O3與合金的共沉積產(chǎn)生了協(xié)同作用,增加了電極的表面積,在一定程度上提高了電極的催化析氫性能。

6、　　 將稀土金屬氧化物Sm2O3固體微粒加入到Ni-Co合金鍍液中得到Ni—Co—Sm203復(fù)合電極。XRD圖譜表明Sm2O3的加入使Ni-Co合金的結(jié)構(gòu)由晶態(tài)向非晶態(tài)轉(zhuǎn)變,從掃描電鏡圖中證實(shí)鍍層變得更加粗糙。同時(shí)電化學(xué)測試結(jié)果表明,當(dāng)電流密度在7.5 mA cm-2時(shí),Ni-Co-Sm2O3復(fù)合電極的催化氫析電位比通常的Ni-Co合金電極的析氫電位正移250 mV左右。通過相關(guān)析氫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)計(jì)算得到,Ni-Co—Sm2O3復(fù)合