改性泡沫鎳基材料的制備及催化性能研究.pdf

1、21世紀(jì)三大支柱產(chǎn)業(yè):材料、能源、信息。泡沫鎳作為一種新型的功能材料，是將金屬鎳經(jīng)過高科技深加工制成泡沫海綿狀多孔發(fā)泡金屬，其具有三維全貫通網(wǎng)孔結(jié)構(gòu)，孔隙約為1-2 mm，骨架中空并以冶金狀態(tài)彼此交連，具有孔隙度高、體密度小、抗熱沖擊、固有的抗拉強(qiáng)度和比表面積大等優(yōu)點(diǎn)。泡沫鎳具有很強(qiáng)的耐堿腐蝕性和特有的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，電解水時(shí)，電流密度小，析氫過電位低而被用來電解分離氫同位素。泡沫鎳不但孔隙率高，穩(wěn)定性好而且還具有良好的機(jī)械加工性能、以及良好

2、的流體力學(xué)性能等特性，可以使水或氣體順利通過，從而可被用作光催化劑載體。本文主要研究泡沫鎳在光、電催化領(lǐng)域的應(yīng)用，尤其是在電催化析氫和光催化載體方面展開研究。本論文的主要研究工作如下:
　　 (1)催化材料的制備;對(duì)泡沫鎳進(jìn)行改性，使用霍爾槽對(duì)泡沫鎳陰極試鍍，得出泡沫鎳作為陰極材料電沉積銀的合適電流密度，采用恒電流復(fù)合鍍法在泡沫鎳上沉積了TiO2、 ZrO2、 Pt-C摻雜的Ag鍍層得到Ni/Ag-TiO2、 Ni/Ag-ZrO

3、2和Ni/Ag-Pt-C電催化材料。TiO2不但具有光催化性能，同時(shí)在電催化析氫方面也具有催化性能，所以Ni/Ag-TiO2在本文中既作為電催化材料又作為光催化材料。通過Tafel和EIS分析了Ni/Ag-TiO2、 Ni/Ag-ZrO2和Ni/Ag-Pt-C的電化學(xué)性能;在30％氫氧化鉀水溶液中，摻雜后的Ni/Ag-TiO2、 Ni/Ag-ZrO2和Ni/Ag-Pt-C電催化材料的耐堿腐蝕性能比只電沉積銀所得的Ni/Ag材料更好。使用

4、同樣的復(fù)合鍍方法制備了TiO2、 ZnO2、 WO3摻雜的Ag鍍層得到Ni/Ag-TiO2、 Ni/Ag-ZnO2和Ni/Ag-WO3光催化材料。使用SEM和TEM分析了Ni/Ag-TiO2、 Ni/Ag-WO3和Ni/Ag-ZnO光催化材料的表面形貌和元素組成。
　　 (2)分離系數(shù)測(cè)試系統(tǒng)的建立及應(yīng)用;本文中采用CAD設(shè)計(jì)用于電解堿性混合水溶液的電解槽。使用MnCl2對(duì)γ-Al2O3進(jìn)行改性制得色譜柱填料。以自制的填料填充不

5、銹鋼色譜柱制得分析柱和參比柱。設(shè)計(jì)加延長(zhǎng)管的液氮低溫冷卻的參比-分析雙柱（L:5m，φ內(nèi):3 mm，φ外:5 mm），以惰性氣體氦氣作為載氣驅(qū)動(dòng)H2、HD和D2通過分離柱被分離后使用TCD檢測(cè)器分析檢測(cè)。電解H2O和D2O制備H2和D2并配制標(biāo)準(zhǔn)樣品。擬合H2、 HD和D2的氣相工作曲線。使用上述的改性泡沫鎳基電極材料電解KOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的H2O-D2O混合水溶液分離其中氕氘。使用上述的低溫洗提色譜對(duì)電解產(chǎn)生的H2、 HD和D2進(jìn)

6、行定量檢測(cè)并計(jì)算其中的氕氘比。采用紅外分光光度法檢測(cè)KOH質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的H2O-D2O混合水溶液電介質(zhì)中的H2O和D2O并計(jì)算其中的氕氘比。計(jì)算該電解條件下所使用的電極材料的分離系數(shù)。
　　 (3)改性泡沫鎳基光催化材料的光催化性能評(píng)價(jià);建立光催化性能評(píng)價(jià)體系。使用主波長(zhǎng)為254 mn紫外燈作為光催化反應(yīng)光源。在常溫常壓下，制作光催化反應(yīng)裝置，并以甲苯和二甲苯為室內(nèi)空氣污染物模擬室內(nèi)環(huán)境。使用GC（FID檢測(cè)器）定量檢測(cè)甲苯