超重力電沉積制備制備Ni-CeO2及Ni-S-CeO2復(fù)合析氫電極材料.pdf

1、目前，由于工業(yè)發(fā)展的需求和人類環(huán)境保護意識的提高，人們迫切的需要清潔的、可再生的能源。所以，氫能完美展現(xiàn)在人類面前，其具有清潔、可再生特點，在未來能源體系中很有可能代替化石燃料。多種制氫技術(shù)的發(fā)展基本已成熟，其中水電解制氫是安全的、可靠的、可循環(huán)利用的制氫方法，無污染物排放，對環(huán)境幾乎沒有傷害。但是水電解制氫過程中有一最大障礙，那就是陰極析氫材料的析氫過電位高，無法進一步開展。所以，開發(fā)研究具有低過電位的電極材料是當前最亟待解決的課題。

2、迄今為止，研究者們著重研究的陰極析氫電極材料是 Ni基析氫材料。本論文主要是研究了 Ni-CeO2、Ni-S/CeO2復(fù)合陰極材料，用超重力電沉積的方法制備，其組織結(jié)構(gòu)和微觀形貌含量用 XRD、SEM、TEM、EDS表征，電化學(xué)性質(zhì)用CHI660中的測試手段來測試。同時，研究了不同形貌的CeO2對制備的復(fù)合材料的形貌、結(jié)構(gòu)及電化學(xué)性能的影響。
　　采用本課題組改裝的超重力裝置制備出Ni-S/CeO2復(fù)合材料。由于超重力場能夠增強傳

3、質(zhì)過程，促使更多的納米 CeO2顆粒進入鍍層中。電化學(xué)測試表明，超重力場制備的復(fù)合鍍層的催化析氫性能比常規(guī)條件下制備的鍍層性能好。在最佳濃度7 g/L CeO2添加量，3000 rpm轉(zhuǎn)速下制備的鍍層表現(xiàn)出最高的析氫反應(yīng)交換電流密度和在同一電流密度下最小的過電位。電催化性能的提高主要是由于高的C eO2含量，這增大了比表面積，析氫活性位點相對來說增加。還有可能是 CeO2顆粒和 Ni-S合金間存有協(xié)同作用。
　　用沉淀法制備出 C

4、eO2納米片（CeO2 Nf），再以 CeO2納米片為復(fù)合相，在超重力場中制備了Ni-CeO2 Nf、Ni-S/CeO2 Nf復(fù)合陰極材料。電化學(xué)測試表明，對于Ni-CeO2 Nf來說，在CeO2納米片添加量為1.0 g/L制備的復(fù)合鍍層呈現(xiàn)出析氫反應(yīng)交換電流密度是最大的，析氫過電位是最小的，即有最佳的電催化析氫活性。其活性比純Ni鍍層的析氫活性和由 CeO2納米顆粒制備的Ni-CeO2鍍層的催化析氫活性都高。電化學(xué)活性的提高可歸因于

5、CeO2納米片的加入，Ni顆粒附著在 CeO2納米片上，分散比較均勻，增大了比表面積。對于Ni-S/CeO2來說，在CeO2納米片添加量為0.7 g/L制備的復(fù)合鍍層呈現(xiàn)出析氫反應(yīng)交換電流密度是最大的，析氫過電位是最小的，即有最佳的電催化析氫活性。其催化析氫活性比Ni-S合金催化析氫活性和由CeO2納米顆粒制備的Ni-S/CeO2鍍層的催化析氫活性都高。電化學(xué)活性的提高可歸因于CeO2納米片的加入，Ni-S合金附著在CeO2納米片上，增

6、大了比表面積，暴露了更多的活性位點。
　　同樣用沉淀法制備出CeO2納米棒(CeO2 Nr)，再以CeO2納米棒為復(fù)合相，在超重力場中制備了Ni-CeO2 Nr、Ni-S/CeO2 Nr復(fù)合陰極材料。電化學(xué)測試表明，對于Ni-CeO2 Nr來說，在所研究的樣品中，在CeO2納米棒添加量為1.0 g/L制備的復(fù)合鍍層呈現(xiàn)出有最大的析氫反應(yīng)交換電流密度和最小的析氫過電位，即有最佳的電催化析氫活性。其活性比純 Ni鍍層的催化析氫活性高，

7、比由 CeO2納米顆粒制備的Ni-CeO2鍍層的催化析氫活性高。電化學(xué)活性的提高可歸因于 CeO2納米棒的加入，打開了更多的傳質(zhì)通道，有利于析氫反應(yīng)的進行。對于 Ni-S/CeO2來說，在所研究的樣品中，在CeO2納米棒添加量為0.3 g/L制備的復(fù)合鍍層表現(xiàn)出最大的析氫反應(yīng)交換電流密度和最小的析氫過電位，即有最佳的電催化析氫活性。其催化析氫活性比 Ni-S合金的催化析氫活性高。電化學(xué)活性的提高可歸因于 CeO2納米棒的加入， Ni-S