三維石墨烯-NI基合金復(fù)合電極的制備及其電催化產(chǎn)氫性能.pdf

1、氫能是一種熱值高、可再生、環(huán)境友好的新型能源，可替代目前工業(yè)上常用的化石燃料。堿性電解水產(chǎn)氫具有技術(shù)成熟和氫氣純度高的優(yōu)勢，但電能消耗大，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。開發(fā)高效的產(chǎn)氫反應(yīng)催化劑來降低產(chǎn)氫過電勢成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。盡管Pt基金屬催化劑可以顯著減少產(chǎn)氫過電勢，但因其高成本、自然界含量低和催化劑中毒現(xiàn)象使其不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。具有相對(duì)較高的催化活性且成本低廉的過渡金屬Ni及Ni基合金可以替代Pt基催化劑實(shí)現(xiàn)電催化產(chǎn)氫反應(yīng)，但其產(chǎn)氫過電

2、勢依然較高。
　　納米多孔Ni基合金雖然具有較低的產(chǎn)氫過電勢，化學(xué)活性較高，但穩(wěn)定性差。三維石墨烯具有高比表面積、高導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性等優(yōu)勢，但本身電催化產(chǎn)氫反應(yīng)活性不高，通過過渡金屬原子摻雜可有效降低產(chǎn)氫過電勢。本論文采用不同體系合金通過脫合金化法形成納米多孔Ni基合金，并作為基體通過CVD法生長具有三維連續(xù)結(jié)構(gòu)的石墨烯，化學(xué)腐蝕后形成的NiCo摻雜三維石墨烯電極具有高比表面積、高導(dǎo)電性和電化學(xué)穩(wěn)定性，并且能夠顯著降低產(chǎn)氫過電

3、勢。
　　本文的研究主要內(nèi)容及結(jié)論為:
　　(1)根據(jù)合金相圖制備出不同體系的合金。XRD分析表明NiCuMn和NiCoMn合金成分均勻，屬于面心立方晶型的單相固溶體，有利于形成孔徑分布均勻的三維納米多孔結(jié)構(gòu)。采用脫合金化法成功制備出孔徑分布均勻的納米多孔Ni基合金，BET和TEM分析表明其孔徑分布在3～6nm之間。
　　(2)本文研究了不同成分納米多孔Ni基合金的電催化產(chǎn)氫性能，結(jié)果表明與塊狀Ni基合金相比，納米多孔

4、Ni基合金材料產(chǎn)氫過電勢和Tafel斜率大幅降低，但產(chǎn)氫反應(yīng)的電化學(xué)穩(wěn)定性較差。
　　(3)以np-NiCo作為基體通過CVD法原位生長石墨烯，成功制備了三維石墨烯/Ni基合金復(fù)合材料，并通過化學(xué)腐蝕形成NiCo摻雜三維石墨烯。研究表明延長CVD生長時(shí)間和提高生長溫度會(huì)增大三維石墨烯/NiCo復(fù)合材料和NiCo摻雜三維石墨烯的孔徑，同時(shí)會(huì)增加產(chǎn)氫反應(yīng)過電勢;在800℃下生長1min的NiCo摻雜三維石墨烯具有最小的孔徑（100-3