磷化處理過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單、效率高以及氣體純度高而具有廣闊的開發(fā)利用前景。電解水主要包括兩個過程，即：陰極析氫和陽極析氧過程。由于兩極的析氣過電位過高，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，但其有限的儲量、昂貴的價格使其難以商業(yè)化，因此開發(fā)高效的非貴金屬析氫和析氧催化材料顯得十分必要。針對上述問題，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）納米長方體表面粗糙化，從而使內(nèi)部活性物種暴露出來，同時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。
　?、诓捎脤嶒炈骄砍龅淖罴褩l件制備出了磷化處理的不同過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為其活性比表面積較大以及電荷轉(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.納米長方體）對析氫活性的影響。研究表明，納米長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)一步測試了該電極材料在6.0 M NaOH溶液中的析氫活性。結(jié)果表