多元自支撐納米多孔鎳基析氫電極的制備與性能研究.pdf

1、氫能以環(huán)保和高能而被人們所熟知，大規(guī)模高效制氫是推動(dòng)氫經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)鍵。電解水制氫具備環(huán)保無(wú)污染，原料廣，純度高等優(yōu)點(diǎn)，利用水裂解工藝將由太陽(yáng)能、風(fēng)能等間歇性能源制取的電能轉(zhuǎn)化為可存儲(chǔ)、運(yùn)輸?shù)臍淠?，被認(rèn)為是解決當(dāng)今環(huán)境污染和能源危機(jī)最有效的途徑之一。但商業(yè)化電解槽分解電壓(1.8V～2V)遠(yuǎn)大于理論分解電壓(1.23V)，能耗巨大，而擁有低過(guò)電勢(shì)和塔菲爾斜率的鉑等貴金屬催化電極含量稀少且價(jià)格昂貴。為推動(dòng)氫時(shí)代的發(fā)展，研發(fā)高效穩(wěn)定的非貴金屬

2、催化劑勢(shì)在必行，其中價(jià)格便宜、含量豐富的過(guò)渡金屬及合金由于獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)具有相對(duì)較高的催化活性被研究者所重視。
　　當(dāng)今研發(fā)的眾多高效催化電極的制備皆需粘結(jié)劑和支撐體，徒增的界面電阻嚴(yán)重影響材料的催化性能。導(dǎo)電性良好，高比表面積，孔徑可調(diào)的三維自支撐納米多孔材料可通過(guò)電化學(xué)脫合金化法一步制備，直接用作電解水析氫催化電極能夠有效解決界面問(wèn)題。本論文通過(guò)設(shè)計(jì)電極結(jié)構(gòu)（脫合金納米化）和電極成分（固溶摻雜）來(lái)制備高效穩(wěn)定的自支撐納米多孔鎳

3、基合金析氫催化電極，主要對(duì)鎳錳、鎳錳鐵和鎳錳鐵鉬合金及對(duì)應(yīng)三維自支撐納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。研究主要為:
　　結(jié)合相圖和“火山峰”曲線制備出二元鎳錳、三元鎳錳鐵及四元鎳錳鐵鉬合金條帶。通過(guò)SEM/EDS表明材料成分均勻，形貌規(guī)整;XRD分析固溶甩帶制備的材料為面心立方相固溶體，有利于三維連貫多孔結(jié)構(gòu)形成。對(duì)不同合金體系進(jìn)行LSV測(cè)試和DOS理論計(jì)算。隨著半徑不同元素的增加，位錯(cuò)與混合熵增多，過(guò)電位降低。材料宏觀下呈面心立方對(duì)稱結(jié)構(gòu)。同時(shí)

4、，DOS理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)元素?fù)诫s使材料導(dǎo)電性提高，對(duì)應(yīng)的催化活性也得到提高。
　　采用脫合金化一步制備自支撐納米多孔材料，SEM/TEM證明三維納米孔道的存在;BET分析孔徑大約為2～8nm，與TEM測(cè)試一致;XRD證明脫合金化后材料仍保持面心立方結(jié)構(gòu)。對(duì)不同體系材料在堿性溶液中進(jìn)行催化性能測(cè)試，納米多孔鎳錳合金電極的活性低于納米多孔鎳錳鐵，主要是因?yàn)榇呋^(guò)程中鐵元素吸收周圍氧阻礙氧化鎳生成。四元中由于鉬、鐵/鎳間的協(xié)同作用使得納米多