多元自支撐納米多孔鎳基析氫電極的制備與性能研究.pdf

1、氫能以環(huán)保和高能而被人們所熟知，大規(guī)模高效制氫是推動氫經(jīng)濟發(fā)展的關(guān)鍵。電解水制氫具備環(huán)保無污染，原料廣，純度高等優(yōu)點，利用水裂解工藝將由太陽能、風(fēng)能等間歇性能源制取的電能轉(zhuǎn)化為可存儲、運輸?shù)臍淠埽徽J(rèn)為是解決當(dāng)今環(huán)境污染和能源危機最有效的途徑之一。但商業(yè)化電解槽分解電壓(1.8V～2V)遠(yuǎn)大于理論分解電壓(1.23V)，能耗巨大，而擁有低過電勢和塔菲爾斜率的鉑等貴金屬催化電極含量稀少且價格昂貴。為推動氫時代的發(fā)展，研發(fā)高效穩(wěn)定的非貴金屬

2、催化劑勢在必行，其中價格便宜、含量豐富的過渡金屬及合金由于獨特的電子結(jié)構(gòu)具有相對較高的催化活性被研究者所重視。
　　當(dāng)今研發(fā)的眾多高效催化電極的制備皆需粘結(jié)劑和支撐體，徒增的界面電阻嚴(yán)重影響材料的催化性能。導(dǎo)電性良好，高比表面積，孔徑可調(diào)的三維自支撐納米多孔材料可通過電化學(xué)脫合金化法一步制備，直接用作電解水析氫催化電極能夠有效解決界面問題。本論文通過設(shè)計電極結(jié)構(gòu)（脫合金納米化）和電極成分（固溶摻雜）來制備高效穩(wěn)定的自支撐納米多孔鎳

3、基合金析氫催化電極，主要對鎳錳、鎳錳鐵和鎳錳鐵鉬合金及對應(yīng)三維自支撐納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。研究主要為:
　　結(jié)合相圖和“火山峰”曲線制備出二元鎳錳、三元鎳錳鐵及四元鎳錳鐵鉬合金條帶。通過SEM/EDS表明材料成分均勻，形貌規(guī)整;XRD分析固溶甩帶制備的材料為面心立方相固溶體，有利于三維連貫多孔結(jié)構(gòu)形成。對不同合金體系進(jìn)行LSV測試和DOS理論計算。隨著半徑不同元素的增加，位錯與混合熵增多，過電位降低。材料宏觀下呈面心立方對稱結(jié)構(gòu)。同時

4、，DOS理論計算發(fā)現(xiàn)元素?fù)诫s使材料導(dǎo)電性提高，對應(yīng)的催化活性也得到提高。
　　采用脫合金化一步制備自支撐納米多孔材料，SEM/TEM證明三維納米孔道的存在;BET分析孔徑大約為2～8nm，與TEM測試一致;XRD證明脫合金化后材料仍保持面心立方結(jié)構(gòu)。對不同體系材料在堿性溶液中進(jìn)行催化性能測試，納米多孔鎳錳合金電極的活性低于納米多孔鎳錳鐵，主要是因為催化過程中鐵元素吸收周圍氧阻礙氧化鎳生成。四元中由于鉬、鐵/鎳間的協(xié)同作用使得納米多