磷化處理過(guò)渡金屬鉬酸鹽電解水電極的研究.pdf

1、發(fā)展以氫能為代表的清潔、高效、可持續(xù)的新能源對(duì)人類的發(fā)展具有特別重要的意義。在眾多種制氫方法中，電解水因制氫工藝簡(jiǎn)單、效率高以及氣體純度高而具有廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景。電解水主要包括兩個(gè)過(guò)程，即：陰極析氫和陽(yáng)極析氧過(guò)程。由于兩極的析氣過(guò)電位過(guò)高，因此電解水電能消耗巨大，成本居高不下。當(dāng)前，優(yōu)異的析氫與析氧催化劑均為貴金屬材料，但其有限的儲(chǔ)量、昂貴的價(jià)格使其難以商業(yè)化，因此開(kāi)發(fā)高效的非貴金屬析氫和析氧催化材料顯得十分必要。針對(duì)上述問(wèn)題，本論文

2、制備了一種既能析氫又能析氧的雙功能非貴金屬電極，并對(duì)其進(jìn)行了一系列的物理和電化學(xué)性質(zhì)研究，具體內(nèi)容如下：
　?、倮盟疅岱ㄔ谂菽嚤砻嬖簧L(zhǎng)了一層鉬酸鎳前驅(qū)物，繼而將其低溫磷化處理。由本文探究的最佳制備條件得到的磷化處理的鉬酸鎳為半圓球形的“花球”狀結(jié)構(gòu)，其由獨(dú)特的納米長(zhǎng)方體構(gòu)成。XRD結(jié)果顯示，鉬酸鎳前驅(qū)體經(jīng)磷化處理后所得材料的晶形變差，鉬酸鎳的衍射峰基本消失，進(jìn)而出現(xiàn)Ni2P4O12，但無(wú)明確的含鉬物種的特征衍射峰。這可能是

3、由于磷化處理的鉬酸鎳體系中形成了非晶態(tài)的低價(jià)態(tài)氧化鉬。進(jìn)一步地XPS表征可以證明磷化處理的鉬酸鎳體系的含磷物種主要為磷化物、磷酸鹽和氧化磷三種。研究還發(fā)現(xiàn)電化學(xué)活化操作能明顯影響材料的形貌、組成以及電化學(xué)活性。當(dāng)該電極材料經(jīng)電化學(xué)活化后：1）納米長(zhǎng)方體表面粗糙化，從而使內(nèi)部活性物種暴露出來(lái)，同時(shí)也增大了電極的活性比表面積（13.6％）；2）活化后的磷化處理的鉬酸鎳表面的部分Ni2+被氧化成Ni3+，形成了鎳的氫氧化物；3）電化學(xué)活化操作

4、也增強(qiáng)了電極的導(dǎo)電能力。值得注意的是，雖然電極表面被電化學(xué)活化，但磷化處理后催化劑表面出現(xiàn)的適量磷酸鹽可充當(dāng)保護(hù)劑以增強(qiáng)電極的穩(wěn)定性。結(jié)合以上優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)活化后的電極材料能表現(xiàn)出較高的析氫活性和較好的穩(wěn)定性。
　?、诓捎脤?shí)驗(yàn)所探究出的最佳條件制備出了磷化處理的不同過(guò)渡金屬鉬酸鹽電極材料并考查了這幾種材料的析氫和析氧性能。電化學(xué)測(cè)試表明，析氫性能最好的為磷化處理的鉬酸鎳電極，磷化處理的鉬酸鈷電極其次，磷化處理的鉬酸亞鐵與鉬酸錳電極較差；

5、析氧性能最好的為磷化處理的鉬酸鎳電極，磷化處理的鉬酸鈷電極其次。磷化處理的鉬酸鎳電極能表現(xiàn)出較好的析氫和析氧性能主要是因?yàn)槠浠钚员缺砻娣e較大以及電荷轉(zhuǎn)移電阻較小。此外，基于磷化處理的鉬酸鎳電極，我們探究了電極材料形貌（納米線 vs.納米長(zhǎng)方體）對(duì)析氫活性的影響。研究表明，納米長(zhǎng)方體電極材料的析氫活性要好于納米線電極材料。為考查磷化處理的鉬酸鎳電極在工業(yè)上的應(yīng)用潛力，我們進(jìn)一步測(cè)試了該電極材料在6.0 M NaOH溶液中的析氫活性。結(jié)果表