Ni-P納米粒子的制備、表征及其制氫反應的電化學性能研究.pdf

1、Ni-P合金作為一種制氫反應(HER)的高效和廉價催化劑，近些年來引起了科學界的廣泛關注。HER反應作為一種制備氫氣的有效手段，在當今全球氣候變暖和尋求新能源以代替化石燃料的背景下，十分值得進一步研究。在通電的條件下，Ni-P合金可以極大地減小HER反應所需的過電勢。Ni-P納米材料現(xiàn)在被認為是Pt催化劑的一種潛在的有效替代品。近期，Ni-P不僅被認為可以作為HER反應的催化劑，還能夠作為水分解另一半反應制氧反應(OER)的催化劑。不過

2、，盡管在近些年 Ni-P合金研究上取得了不少進展，依然有許多基礎問題沒有解決。
　　本文針最近對 Ni-P納米材料制備和 HER催化的研究熱點，在其制備工藝、表證手段和電化學性能上進行了一系列探索。通過鎳的自催化還原性質(zhì)和次亞磷酸鈉作為還原劑分別制備了Ni-P蛋殼納米粒子、Ni-P納米球和酸堿浸泡處理的Ni-P球，并研究了各個反應參數(shù)對納米粒子形成的影響。使用電化學工作站測試了Ni-P納米粒子的HER催化性能，并討論了制備工藝和熱

3、處理對電化學性能的影響。本文主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)采用自催化還原原理成功制備了蛋殼結構的Ni-P納米粒子、Ni-P納米球和酸堿浸泡處理的Ni-P球。實驗中采用硫酸鎳為鎳源，先制備出相應的前驅(qū)體，然后以次亞磷酸鈉為還原劑、氯鈀酸為形核劑還原出粒徑在50~100 nm之間對應的納米粒子。對于酸堿浸泡處理的Ni-P球，還要進一步利用氨水、硫酸和鹽酸的混酸進行表面處理。
　　(2)使用熱處理工藝對上述納米材料進行熱處理并采用

4、一系列表征手段對上述納米材料的制備方法、表面形貌、結構和元素組成進行分析。得到以下結論。1)對于制備蛋殼結構的Ni-P納米粒子，使用80℃作為反應溫度，利用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)作為表面活性劑先得到穩(wěn)定均一的Ni(OH)2前驅(qū)體是制備的第一步。其后利用犧牲模板法得到蛋殼的形貌；2)制備Ni-P納米球相對簡單，利用現(xiàn)成的α-Ni(OH)2納米線作為前驅(qū)體，以90℃作為反應溫度，但要緩慢加入還原劑，并伴隨強烈攪拌使得材料均勻地生長成球

5、狀；3）酸堿浸泡處理后的Ni-P納米球的形貌幾乎不會改變，但是在堿液和酸液的作用后，體系的Ni元素百分比會上升，而P元素比例會略有上升。原有的非晶態(tài)的Ni-P合金會轉化為Ni12P5和Ni2P的混合物；4)熱處理工藝對材料的表面形貌并不會造成太大影響，對體系中Ni元素和P元素的比值也不會造成太大影響，但會導致體系中原有的Ni-P相發(fā)生相變，轉化為其他Ni-P相。5)由于反應在并非在密閉容器中進行，所以材料的表面會形成一定成分的氧化物。<

6、br>　　(3) Ni-P納米球具有最佳的催化性能。其極化曲線中達到?100 mA/cm2電流密度對應的過電勢為251 mV。相比之下，蛋殼Ni-P納米粒子的催化性能相對較差。文中所制備的Ni-P合金都具有不錯的穩(wěn)定性。在酸性溶液中，尤其是經(jīng)過熱處理之后的樣品具有較高的穩(wěn)定性，其中8小時熱處理之后的Ni-P納米球在恒電勢測試后，仍具有259 mA/cm2的電流密度。而在堿性溶液中測試時，樣品一般要在很長一段測試時間以后方能達到較佳性能，