多孔金屬鎳的相轉(zhuǎn)化法制備及其電催化水分解性能的研究.pdf

1、氫能是最有望替代化石能源的理想能源之一，其優(yōu)點(diǎn)是清潔可循環(huán)、適用范圍廣、可無限供應(yīng)等。電催化分解水是工業(yè)上生產(chǎn)高純氫的最主要途徑之一，它包含水還原產(chǎn)氫反應(yīng)(HER)和水氧化產(chǎn)氧反應(yīng)(OER)。目前，在電解水制氫領(lǐng)域中催化性能最佳的材料是貴金屬及其氧化物，如Pt、RuO2、IrO2，但由于其價(jià)格昂貴且地球儲(chǔ)量低，限制了其在工業(yè)電解水中的大規(guī)模應(yīng)用。因此，開發(fā)高效且穩(wěn)定的非貴金屬催化材料成為了當(dāng)前清潔能源領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。鎳基材料被廣泛地用于

2、堿性電解水反應(yīng)中，其中多數(shù)以商業(yè)的泡沫鎳為多孔基底，通過化學(xué)或者電化學(xué)的方法在其骨架上生長(zhǎng)納米物種，增大其表面積，提高電極的催化活性和電解水效率。但是，多孔鎳基底的研究并未得到太多的關(guān)注。因此，本論文采用相轉(zhuǎn)化流延法制備多孔鎳電極并圍繞其電催化水分解性能展開研究。
　　第一章簡(jiǎn)要介紹了電催化水分解領(lǐng)域的非貴金屬材料的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，相轉(zhuǎn)化法制各多孔材料的原理，并提出了本論文的主要研究?jī)?nèi)容。
　　第二章采用相轉(zhuǎn)化流延法和燒

3、結(jié)工藝，制備了具有開放直孔結(jié)構(gòu)的平板型多孔鎳。研究了還原氣氛下不同的燒結(jié)溫度對(duì)其催化水還原性能的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在1.0MKOH電解液中，多孔鎳的催化水還原性能均高于商業(yè)泡沫鎳，并且燒結(jié)溫度越低，其水還原產(chǎn)氫的催化活性越高。900℃，5h條件下制備的多孔鎳催化性能最佳，該電極達(dá)到10mAcm-2和50mAcm-2的催化電流密度所需要的過電勢(shì)分別為125mV和190mV，產(chǎn)氫法拉第效率接近100％。
　　第三章以催化水還原性能最

4、佳的多孔鎳電極為研究對(duì)象，研究其催化水氧化和全分解性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在1.0MKOH電解液中，該電極達(dá)到10mAcm-2和50mAcm-2的催化電流密度所需要的過電勢(shì)分別為300mV和362mV，產(chǎn)氧法拉第效率高達(dá)92％。在全分解測(cè)試過程中，以多孔鎳作為陰極和陽(yáng)極構(gòu)建的堿性電解池達(dá)到10mAcm-2的催化電流密度僅需要提供1.65V的電壓。
　　第四章采用相轉(zhuǎn)化擠出成型和燒結(jié)工藝制各金屬鎳中空纖維膜，探究了燒結(jié)溫度對(duì)其微觀結(jié)構(gòu)、