钛／石墨烯／镍-铁合金析氢电极的制备及其析氢性能

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镍基Ni-Mo合金电极的制备及其电催化析氢性能研究

College of Chemistry and Chemical Engineering of Chongqing University, Chongqing, China May, 2013
重庆大学硕士学位论文中文摘要摘 Nhomakorabea要
氢能作为一种高效，清洁，理想的二次能源，越来越受到各国的重视。其中，电解水制氢具有操作简单、产品纯度高、无污染等优点，有望成为替代化石燃料制氢的有效方法。目前，工业中运用电解水制氢的阴极材料主要是 Rany Ni，低碳钢等材料，但它们存在过电位高、槽电压大、能耗过大和易腐蚀等劣势，严重制约了电解水以及氯碱工业的发展。因此，为了解决上述问题，研究和开发一种高效、稳定、廉价的析氢电极具有非常重要的现实意义和实用价值。镍基合金材料由于具有较好的催化析氢活性和良好的稳定性而成为近年来的研究热点。本论文分别采用脉冲电沉积和磁控溅射法制备了 Ni-Mo-P/Ni 和 Ni-Mo/Ni 析氢电极，系统探究了电极的制备条件及其析氢性能的影响。以硫酸镍，钼酸铵，次亚磷酸钠分别作为镍源、钼源和磷源，采用脉冲电沉积制备了 Ni-Mo-P/Ni 电极。运用 XRD，SEM 和 EDS 等材料表征手段和现代电化学测试方法考察了镀层的表面组成、结构、微观形貌及其催化析氢性能。实验结果表明，通过脉冲电沉积制备的 Ni-Mo-P 镀层表面粗糙，颗粒细小，分布均匀。 XRD 和 EDS 测试结果显示，Mo 的引入使催化剂镀层进一步呈现非晶态化，从而增大镀层真实表面积，进而提高析氢催化性能。当 Mo 的含量为 30 wt%时， Ni-Mo-P/Ni 电极具有最好的催化析氢性能。与纯 Ni 片相比，Ni-Mo-P/Ni 电极的析氢电位正移了 270 mV；与 Ni-P/Ni 电极相比，正移了 100 mV 左右。在碱性条件下电解的计时电位曲线显示，Ni-Mo-P/Ni 电极具有较好的稳定性。利用磁控溅射法对 Ni 基表面进行改性，沉积 Ni-Mo 薄膜。通过改变溅射功率、真空室内的气压、反应时间和温度，调控薄膜的厚度、微观形貌及元素组成，制得 Ni-Mo 合金电极，并考察其催化析氢性能。实验结果表明，溅射功率决定薄膜的组分，而溅射气压决定薄膜的表面的粗糙度。当溅射室气压为 4 Pa，Ni 靶和 Mo 靶的溅射功率分别为 80 W 和 180 W，基体温度为 500℃时，制备的电极具有较好的催化析氢性能。在 6M NaOH 电解液中，电流密度为 100 mA.cm-2 时，与纯 Ni 片相比，Ni-Mo 合金电极的催化析氢电位正移了 281 mV。这主要是由于 Ni-Mo 合金为纳米晶型，颗粒分布均匀，具有较小的晶粒直径，使电极的比表面积显著增大；同时，与纯 Ni 相比，Ni-Mo 合金电阻减小，因而 Ni-Mo 合金电极具有更好的催化析氢性能。关键词：镍基合金电极，析氢反应，稳定性，脉冲电沉积，磁控溅射

一种催化剂析氢电极及其制备方法[发明专利]

专利名称：一种催化剂析氢电极及其制备方法
专利类型：发明专利
发明人：吴艺辉,王宇鑫,孙泽生,何震,尹丽,王冬朋,郭平义申请号：CN202210514793.3
申请日：20220512
公开号：CN114672836A
公开日：
20220628
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明公开了一种催化剂析氢电极及其制备方法，所述析氢电极表面镀有催化剂，该催化剂由下列重量百分比的组分组成：铁30.7‑40.2、钼2.8‑8.2、硫1.8‑5.0，余量为镍及杂质。

其制备方法，具体包括如下步骤：（1）电镀水溶液制备：将水溶性的镍源、铁源、钼源、硫源、络合剂和导电剂通过水溶，制得电镀水溶液；（2）电极施镀：以石墨板为阴极，导电基体为阳极；以第一步制得的电镀水溶液进行电镀，得到催化剂析氢电极。

使用该方法制备出的催化剂析氢电极具有低成本、高效率等诸多优点。

申请人：江苏科技大学
地址：212003 江苏省镇江市京口区梦溪路2号
国籍：CN
代理机构：南京苏高专利商标事务所(普通合伙)
代理人：柏尚春
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Ni-Cu合金的脱合金制备及其析氢电催化性能

Ni-Cu合金的脱合金制备及其析氢电催化性能周琦;汪帆;王亚飞【摘要】通过真空熔炼与固溶处理相结合的方法获得Ni30Mn70和Ni20Cu10Mn70前驱体合金,经电化学脱合金化法制备纳米多孔Ni及Ni-Cu合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能.结果表明:纳米多孔Ni-Cu合金电极具有较高的电催化析氢性能,在0.1 A/cm2电流密度下,析氢过电位仅19 mV,具有较好的电化学稳定性.【期刊名称】《兰州理工大学学报》【年(卷),期】2019(045)002【总页数】5页(P16-20)【关键词】真空熔炼;脱合金化;纳米多孔Ni-Cu合金;析氢电催化性能【作者】周琦;汪帆;王亚飞【作者单位】兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州 730050;兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】TG146.1氢能以氢气燃烧放出较高的燃烧热,并且可以同时满足对环境的保护和可持续发展的能力是其他能源物质不能相提并论的,所以氢气作为新型的二次能源的研究发展备受关注[1-3].由于电解水制氢的方式具有高的能量转化效率,并且具有无污染、成本低廉的优点,被认为是当今最主要的制氢方法[4].但是,由于析氢过电位的存在,限制了电极析氢性能的提升,过渡态金属Ni的电子排布为3d84s2,外层未成对的3d电子使得金属Ni对氢离子有较强的吸附作用[5-6].根据Brewer-Engel价键理论,有全空的或者半充满的d轨道的过渡系金属与有成对的d电子的过渡系金属形成的合金,将对析氢反应产生协同效应[7].目前研究较多的Ni基金属合金有Ni-Mo[8]、Ni-Mo-Co[9]、Ni-Fe-Cu[10]等,马强等[11]利用电沉积的方法制备出了多孔基Ni-Sn合金电极,表现出优异的电催化析氢性能.徐志花等[12]用电沉积法制备出的非晶态结构的Ni-Cu合金电极表现出了良好的电催化析氢活性,说明Cu同样也具有很好的助催化作用.本文通过真空熔炼和固溶处理,制备成分均匀的前驱体合金,然后利用脱合金化制得纳米多孔的Ni和Ni-Cu合金电极.采用线性扫描伏安法、方波电位法、电化学交流阻抗以及计时电位法测定电极的析氢电催化性能.1 实验方法按Ni、Cu、Mn原子比Ni30Mn70、Ni20Cu10Mn70配制粉末,球磨混料后,利用等静压机将粉末冷压成直径为15 mm的圆柱坯体.然后采用高频真空感应炉熔炼,将熔炼后的铸态合金置于真空管式炉中,在氮气保护下加热至1 173 K保温24 h,取出后在水介质中淬火,将淬火得到的合金锭通过冷轧制得厚50～80 μm的Ni30Mn70、Ni20Cu10Mn70前驱体合金薄片.脱合金化在辰华CHI660D电化学工作站进行,采用三电极体系,工作电极为前驱体合金,辅助电极和参比电极分别为10 mm×10 mm铂片和饱和甘汞电极,电解液为1 mol/L (NH4)2SO4溶液.脱合金化得到的纳米多孔Ni及纳米多孔Ni-Cu合金用去离子水与无水乙醇冲洗至中性,室温下真空干燥保存.采用D8 ADVANCE X 射线衍射仪(XRD)分析材料物相组成,扫描速率3(°)/min,Cu Kα射线.采用场发射扫描电镜(JSM-6700)对试样的表面形貌进行分析.在辰华CHI660D电化学工作站进行阴极极化曲线、电化学交流阻抗、方波I-t响应曲线及计时电位曲线测试.电化学阻抗的频率:0.01 Hz～10 kHz,振幅为5 mV.采用三电极体系测量,电解液为6 mol/L NaOH溶液.2 结果与讨论2.1 合金物相组成图1为Ni30Mn70与Ni20Cu10Mn70前驱体合金的X射线衍射图.从图中可以看出,随着Cu的加入,合金的物相发生了变化,通过与PDF卡片对比,曲线a没有Ni的衍射峰生成,这是由于Ni以原子的形式溶于Mn相中形成固溶体所致,同时由于Ni(0.124 nm)的原子半径小于Mn(0.132 nm)的原子半径,造成衍射峰整体向高角度偏移.同样,曲线b中也没有Ni衍射峰的生成,可能是由于Ni以原子的形式进入CuMn4合金相中,形成CuMn4固溶体合金相.图2为Ni30Mn70与Ni20Cu10Mn70合金薄片经电化学脱合金化后的X射线衍射图.从图中可以看出,经过脱合金化后,a、b曲线中都没有Mn的衍射峰生成.通过a、b曲线的对比,发现加入Cu后,Ni-Cu合金薄片的衍射峰明显宽化,说明Cu的加入促进了非晶态的形成,同时细化了晶粒.图1 前驱体合金的XRD图谱Fig.1 XRD patterns of precursive alloys图2 脱合金化后合金的XRD图谱Fig.2 XRD patterns of alloys after dealloying 2.2 脱合金化后的表面形貌图3为前驱体合金Ni30Mn70与Ni20Cu10Mn70脱合金化后的表面形貌.从图中可以看出,2种前驱体合金经脱合金化后都呈现出了纳米多孔结构,但二者的骨架结构和孔径尺寸有着明显的差别.如图3a,b所示,Ni30Mn70合金脱合金化后的骨架结构由直径为50～80 nm的球状颗粒组成.而Ni20Cu10Mn70合金脱合金化后的骨架结构由纳米片状组成,骨架厚度为20～30 nm,孔径尺寸为几十到几百纳米不等,同时可以从图中看到骨架具有很多褶皱,在一定程度上增加了材料的比表面积,能够有效提高电极的电催化析氢性能,如图3c,d所示.图3 脱合金化后合金的SEM图Fig.3 SEM images of alloys after dealloying 2.3 合金电极的电化学性能图4为室温下2种合金电极经脱合金化后在6 mol/L NaOH溶液中的阴极极化曲线.从图4可知,Cu的加入能够显著提高合金电极的电催化活性,使得在一定电流密度下,纳米多孔Ni-Cu合金电极的析氢电位较纳米多孔Ni电极的析氢电位正移.当电流密度为0.2 A·cm-2时,曲线b较曲线a的析氢电位正移了116 mV,析氢过电位仅为345 mV,结合图3可进一步说明Cu的加入能够增大电极的比表面积,降低电极的析氢过电位,从而提高电极的电催化析氢活性.图4 不同电极的阴极极化曲线Fig.4 Cathodic polarization curves of different electrodes根据图4在较大极化时的极化曲线可以得到相应的Tafel曲线,如图5所示.图5 不同电极的Tafel曲线Fig.5 Tafel curves of different electrodes从图中可以看出,2种电极相比,纳米多孔Ni-Cu电极的自腐蚀电势较纳米多孔Ni 电极的自腐蚀电势负移,说明前者电极有利于氢原子吸附,因而更加有利于电极析氢反应的发生.通过对Tafel曲线线性回归,以电极的开路电位近似为体系的平衡电位,根据Tafel关系式,得到2种电极的析氢动力学参数,见表1.Tafel关系式：η=a+blgi式中：为电流密度,A/cm2;T为温度;R为气体参数;n为转移电子数;F为法拉第常数;α为传递系数;i0析氢过程中的表观交换电流密度.表1 不同电极的析氢动力学参数Tab.1 Kinetic parameters of hydrogen evolution of different electrodes电极b/Va/Vi0/(A·cm-2)Ni30Mn700.1640.3368.939×10-3Ni20Cu10Mn700.1690.3051.568×10-2从表1可知,纳米多孔Ni-Cu合金电极具有较高的电催化活性,室温条件下(25 ℃)的表观交换电流密度是纳米多孔Ni电极的1.75倍.由此可见,Cu的加入在一定程度上能够提高合金电极的析氢电催化活性.这是由于金属Ni和金属Cu能够产生协同效应.电极的析氢性能与该电极对氢原子的吸附和脱附能力有关,而氢原子的吸附和脱附又与金属d电子层结构有关[13].Ni原子的外电子层结构为3d84s2,外电子层具有未成对的d电子结构,有利于氢原子的吸附,形成M-H键,但是该电子层不利于氢原子的脱附,Ni电极的析氢性能受限.而Cu原子的电子层结构为3d104s1,呈富态电子,形成合金后,Cu原子给Ni原子的半空d电子轨道提供d电子,电子转移较容易,使得H原子较易吸附和脱附,从而提高了电极的电催化析氢性能.用电化学交流阻抗研究纳米多孔Ni和纳米多孔Ni-Cu合金电极在6 mol·L-1NaOH溶液中的析氢反应.图6为纳米多孔Ni和纳米多孔Ni-Cu合金电极在平衡电位下的Nyquist图.从图中可以看出,Ni20Cu10Mn70形成的纳米多孔Ni-Cu合金电极的交流阻抗曲线圆弧半径较Ni30Mn70形成的纳米多孔Ni电极的交流阻抗曲线圆弧半径小,说明Cu的加入可以降低纳米多孔Ni电极的析氢电阻.同时可以看出,纳米多孔Ni-Cu合金电极的交流阻抗图在高频区为圆弧,在低频区为斜线,说明该电极是由电化学过程与扩散过程共同控制.图6 不同电极的Nyquist图Fig.6 Nyquist plots of different electrodes为了更进一步分析纳米多孔Ni-Cu合金电极的电催化析氢过程,测试了其在过电位0、100、200 mV下的Nyquist图,如图7所示.从图中可以看出,随着过电位的增大,低频区的斜线部分逐渐消失,说明电极表面H2扩散引起的浓差极化对析氢过程的影响越来越小,该电极的析氢过程逐渐由电化学过程控制.同时随着过电位的增大,高频区与低频区的圆弧半径逐渐减小,说明其相对应的电阻在不断降低.采用ZView 软件进行数据拟合,其模拟等效电路(EEC)如图8所示,其中拟合参数值见表2.图8中Rs1为电解液电阻,Rp为电荷转移电阻,Rct为电化学吸附电阻,CPE为常相位原件,表示与电容的相似程度.从表中可以看出,随着过电位的增大,电化学吸附电阻和电荷转移电阻均有明显的降低,说明该条件下纳米多孔Ni-Cu合金电极表面氢原子的吸附和脱附过程加快,使得该电极具有更高的电催化析氢活性.同时可以看出,在相同过电位条件下,电化学吸附电阻小于电荷转移电阻,说明电化学吸附过程的速率大于电化学脱附过程的速率,所以电化学脱附步骤为整个析氢反应过程中的控制步骤. 图7 纳米多孔Ni-Cu合金不同过电位的Nyquist图Fig.7 Nyquist plots of nano-porous Ni-Cu alloy with different overpotentials图8 纳米多孔Ni-Cu合金电极的等效电路图Fig.8 Equivalent electrical circuit of nano-porous Ni-Cu electrode表2 纳米多孔Ni-Cu合金等效电路图各元件参数Tab.2 Component parameters of equivalent electrical circuit of nano-porous Ni-Cu electrodeη/mVRsl/(Ω·cm2)Rct/(Ω·cm2)Rp/(Ω·cm2)01.7612.1044.1911001.7340.1521. 0792001.7280.1480.537采用恒电位(ΔE=10 mV)阶跃法来测试Ni30Mn70、Ni20Cu10Mn70经脱合金化得到的纳米多孔Ni电极和Ni-Cu合金电极的电化学表面积.实验得到的I-t响应曲线如图9所示.从图中可以看出,曲线末端趋近于零,所以可以认为流经电极的电流仅用于双电层电容充电.将曲线积分得到电量Q,根据双电层电容微分公式得到双电层电容.已知纯汞电极的双电层电容值为20 μF/cm2,根据公式计算结果见表3.从表中可以看出,Ni20Cu10Mn70经过脱合金化所制备的纳米多孔Ni-Cu合金电极的电化学表面积远远大于纳米多孔Ni电极的电化学表面积.图9 不同电极的方波I-t响应曲线Fig.9 SWPT of different electrodes表3 不同电极的表面参数Tab.3 Surface parameter of different electrodes电极Cdl/μFSrrNi30Mn70436 90021 84521 845Ni20Cu10Mn70709 15135 45735 4572.4 电化学稳定性图10为纳米多孔Ni及Ni-Co合金在0.1 A/cm2,25 ℃的6 mol/L NaOH溶液中的计时电位曲线.从图中可以看出,经过10 h连续电解,纳米多孔Ni电极的析氢电位由-1.301 V负移至-1.321 V,其析氢电位负移了20 mV,在电解过程中过电位不断增大；而纳米多孔Ni-Cu合金电极的析氢电位由-1.513正移至-1.485V,析氢电位正移了28 mV,说明该电极在电解过程中不断优化,析氢过电位在不断减小,后趋于稳定,呈现出良好的电化学稳定性.图10 不同电极的计时电位曲线Fig.10 CP of different electrodes3 结论1) 采用真空熔炼、固溶处理与脱合金化相结合的方法制备了纳米多孔结构的Ni-Cu合金电极.与纳米多孔Ni相比,该电极具有更好的析氢电催化性能.这是由于Cu 的加入与Ni产生协同效应,在电流密度为0.2 A·cm-2时,纳米多孔Ni-Cu电极的析氢电位较纳米多孔Ni电极的析氢电位正移了116 mV,并且该电极的表面积是纳米多孔Ni电极的1.623倍,为电极析氢过程中提供更多的活性位点.在整个电催化析氢过程中,电化学脱附步骤逐渐为控制步骤.2) 在6 mol/L NaOH溶液中的计时电位曲线表明,经过0.1 A/cm2电流密度下10 h电解,纳米多孔Ni-Cu合金电极的析氢电位正移了28 mV,在电解过程中析氢性能不断优化,同时提高了电极的电化学稳定性.参考文献：【相关文献】[1] URSUA A,GANDIA L M,SANCHIS P.Hydrogen production from waterelectrolysis:current status and future trends [J].Proceedings of the IEEE,2012,100(2):410-426.[2] KONG D,WANG H,LU Z,CUI Y.CoSe2nanoparticles grown on carbon fiber paper:an efficient and stable electrocatalyst for hydrogen evolution reaction [J].J Am ChemSoc,2014,136(13):4897-4900.[3] MARINESCU S C,WINKLER J R,GRAY H B.Molecular mechanisms of cobalt-catalyzed hydrogen evolution [J].PNAS,2012,109(38):15127-15131.[4] TURNER J A.Sustainable hydrogen production [J].Science,2004,305(13):972-974.[5] SOLMAZ R,KARDAS G.Electrochemical deposition and characterization of NiFe coatings as electrocatalytic materials for alkaline water electrolysis [J].Electrochimica Acta,2009,54(14):3726-3734.[6] AA,KARDAS G.NiMn composite electrodes as cathode material for hydrogen evolution reaction in alkaline solution [J].International Journal of HydrogenEnergy,2013,38(11):4466-4473.[7] 张开悦,刘伟华,陈晖,等.碱性电解水析氢电极的研究进展 [J].化工进展,2015,34(10):3680-3687.[8] YAGI S,KAWAKAMI A,MURASE K,et al.Ni-Mo alloying of nickel surface by alternating pulsed electrolysis using molybdenum(VI) baths [J].Electrochimica Acta,2007,52(19):6041-6051.[9] 杨静,张存中,吴仲达.非晶态Ni-Mo-Co合金电极的制备和析氢性能 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纳米多级孔镍合金复合电极的制备及电催化析氢性能研究

纳米多级孔镍合金复合电极的制备及电催化析氢性能研究一、本文概述随着能源需求的日益增长和环境问题的日益严峻，寻求高效、可持续的能源转换和存储技术已成为全球科研和产业界的共同目标。

电催化析氢反应（HER）作为清洁、高效的能源转换方式之一，受到了广泛关注。

在众多催化剂中，纳米多级孔镍合金因其高比表面积、优异的导电性、良好的催化活性以及低廉的成本，被视为极具潜力的HER催化剂。

因此，本文旨在研究纳米多级孔镍合金复合电极的制备方法，并深入探索其电催化析氢性能，为开发高效、低成本的电催化析氢催化剂提供理论支持和实验依据。

本文首先介绍了纳米多级孔镍合金复合电极的制备过程，包括材料选择、结构设计、制备方法以及复合电极的表征手段。

在此基础上，通过电化学性能测试，系统研究了纳米多级孔镍合金复合电极在电催化析氢反应中的催化活性、稳定性和耐久性。

本文还探讨了纳米多级孔结构、合金成分以及电极制备条件对电催化性能的影响，为进一步优化催化剂性能提供了理论指导。

本文总结了纳米多级孔镍合金复合电极在电催化析氢反应中的优势和潜在应用前景，并指出了当前研究中存在的问题和未来的研究方向。

通过本文的研究，有望为开发高效、低成本的电催化析氢催化剂提供新的思路和方案，推动清洁能源技术的发展和应用。

二、文献综述随着全球对可再生能源需求的日益增长，氢能源作为一种清洁、高效的能源形式，受到了广泛关注。

在氢能源的制取过程中，电催化析氢技术因其高效、环保的特性，成为了研究的热点。

电催化析氢反应的性能很大程度上取决于催化剂的性能，因此，开发高效、稳定的电催化剂对于推动氢能源的应用具有重要意义。

纳米多级孔镍合金作为一种新型的电催化剂，在电催化析氢领域展现出了良好的应用前景。

其多级孔结构不仅提供了丰富的活性位点，还有利于传质过程，从而提高了催化活性。

同时，镍合金的组成可调，可以通过改变合金的成分来优化其催化性能。

目前，关于纳米多级孔镍合金复合电极的制备及电催化析氢性能的研究已经取得了一定的进展。

电沉积Ni-S合金析氢阴极材料及析氢机理的研究的开题报告

电沉积Ni-S合金析氢阴极材料及析氢机理的研究的开题报告一、选题背景与意义随着能源危机日益凸显，氢能作为一种清洁、高效、可再生的能源逐渐被重视。

但目前大规模利用氢能仍然存在技术难题，其中就包括如何高效地制备合适的析氢阴极材料。

传统的析氢阴极材料如Pt、Pd等贵金属材料，成本较高，生产成本也较高。

因此，寻找一种性能优良、成本较低的材料成为当前的研究热点。

Ni-S合金是一种具有良好析氢性能的材料，具有良好的电化学活性、稳定性和良好的导电性等特点。

目前已有一些研究表明，电沉积Ni-S合金可以有效提高其析氢性能，但目前对其析氢机理的研究还不够深入。

因此，开展电沉积Ni-S合金析氢阴极材料及析氢机理的研究具有重要意义。

二、研究目标本研究旨在通过电沉积的方式制备Ni-S合金，并对其析氢性能进行研究，同时探究其析氢机理。

三、研究内容和方法1. Ni-S合金的制备采用电化学沉积法制备Ni-S合金。

通过调整电解液成分、电流密度、电沉积时间等工艺参数控制Ni-S合金的成分、结构和形貌。

2. 对Ni-S合金的析氢性能进行表征利用扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)等手段对制备的Ni-S合金样品进行表征。

同时，通过电化学析氢实验对其析氢性能进行研究，探究其在不同条件下的析氢效率、电极电位等性能指标。

3. 探究Ni-S合金的析氢机理借助经验势计算方法，研究Ni-S合金不同晶面的表面能和析氢反应的电子态密度，探究Ni-S合金析氢机理。

四、预期成果与意义本研究预期得到一种性能优良、成本较低的析氢阴极材料，并对其析氢机理进行深入探究，为高效制备析氢阴极材料提供一定的理论依据。

这对于推动氢能技术的发展，缓解能源危机，具有重要意义。

电化学沉积法制备金属合金电极及其电解水析氢性能的研究

二、镍基合金电极在电解水析氢反应中的应用和性能
在电解水析氢反应中，镍基合金电极作为阳极和阴极材料使用。在阳极上，水分子被氧化成氧气，而在阴极上，水分子被还原成氢气。在这个过程中，电极材料的性能对电解水析氢反应的效率和稳定性有着重要影响。
通过对比不同镍基合金电极在电解水析氢反应中的性能表现，可以发现合金成分和制备工艺对电极性能的影响。例如，含有一定量磷和硅元素的镍基合金电极具有较高的活性和稳定性，而经过适当的热处理后，电极的机械性能和电化学性能可以得到进一步提高。此外，通过优化电解液组成和操作条件，可以提高电解水析氢反应的效率和稳定性。
3、电解水析氢性能
通过CV和LSV测试发现，不同金属合金电极的电解水析氢性能存在显著差异。在碱性溶液中，铜-锌-镍合金电极具有最佳的析氢性能。这可能是因为铜、锌和镍元素在碱性溶液中具有良好的电化学活性，能够有效地降低析氢过电位，提高析氢速率。此外，通过对比不同电流密度下沉积的电极，发现较低电流密度下沉积的电极具有较好的析氢性能。
参考内容
随着能源需求的日益增长和环保意识的不断加强，可再生能源的开发和利用成为了全球范围内的热门话题。其中，氢能作为一种清洁、高效的能源形式，受到了广泛。电解水析氢技术是一种生产氢气的重要方法，具有高效、环保、操作简单的优点。本次演示以镍基合金电极的设计及其电解水析氢研究为主题，探讨了镍基合金电极的制备、表征及其在电解水析氢反应中的应用和性能。
这可能是因为在较低电流密度下，金属离子能够更均匀地分布在电极表面，从而提高了电极的反应活性。
四、结论
本次演示采用电化学沉积法制备了金属合金电极，并对其电解水析氢性能进行了研究。结果表明，采用合适的沉积条件可以制备出具有优异析氢性能的金属合金电极；同时，合金元素的种类和含量对电极性能具有重要影响。通过进一步优化电化学沉积工艺和合金元素分布，有望制备出具有更高析氢性能的金属合金电极。

高析氢催化活性和稳定性的纳米晶Ni-Fe-Mo-Co合金

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２０年第６３）０６期（卷７
高析氢催化活性和稳定性的纳米晶ＮｉｅＭｏＣ — — — ｏ合金Ｆ
罗北平龚竹青任碧野杨余芳陈梦君，，，，
（．１中南大学冶金科学与工程学院，湖南长沙４０８；２华南理工大学材料所，东广州５０４）１０３．广１６０
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Ｉ引言
氢能是一种高效、洁净和理想的二次能源，而在然水电解制氢及氯碱工业中，在成本高和能耗大的缺存点，因此人们都在致力研究和开发催化活性高且稳定
性好的析氢电极材料［。铁族金属与Ｍｏ的合金电１］极具有明显的析氢催化协同效应，如金属Ｃｏ与Ｍｏ的
４ｇＬ，ＣｏＯ４・６Ｏ１ｇＬ，ＮａＭｏ０／ＳＨ２５／２Ｏ４・２ＯＨ２
的催化活性。长期和间断电解实验，明纳米晶Ｎｉ说Ｆ－－ｏ合金电极具有良好的催化稳定性能。ｅＭｏＣ关键词：Ｆ－－ — ｏ合金；析氢反应；催化活性；ｅＮｉＭｏＣ电极；表面形貌；纳米晶；电沉积中图分类号：Ｔ４．；Ｑｌ１１Ｇ１６４Ｔ５．文献标识码：Ａ文章编号：０１９３（０６０ —９００１０ — ７１２０）６０４ —４
解。
合金电沉积的工艺条件：ｐ为６０电流密度为Ｈ．，

析氢电极的制备方法

析氢电极的制备方法
一、选择合适材料
制备析氢电极时，首先需要选择合适的材料。

常用的材料包括金属、合金、过渡金属氧化物等。

这些材料在电化学反应中具有良好的活性，能够有效地降低氢的过电位，提高电极的反应速率。

二、表面处理
表面处理是制备析氢电极的重要步骤之一。

通过对电极表面进行改性、粗糙化或增加催化活性物质，可以提高电极的表面积和反应活性。

常见的表面处理方法包括物理和化学刻蚀、机械研磨、电化学抛光等。

三、电化学沉积
电化学沉积是一种常用的制备析氢电极的方法。

通过在电极上施加一定的电压或电流，使活性物质在电极表面沉积，形成具有特定形貌和组成的薄膜。

电化学沉积具有操作简便、可控性强等优点，能够实现电极的可重复利用。

四、涂覆催化剂
为了进一步提高析氢电极的反应速率和稳定性，可以在电极表面涂覆催化剂。

常用的催化剂包括铂、钯、铱等贵金属及其氧化物、氮化物等。

通过调整催化剂的组分和浓度，可以优化电极的性能参数。

五、后处理与修饰
后处理与修饰是制备高质量析氢电极的必要步骤。

这一步骤包括对电极进行热处理、化学处理或电化学处理，以优化电极的性能和稳定性。

此外，还可以通过修饰电极表面，增加其润湿性和稳定性，从而提高
电极的使用寿命和可靠性。

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ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ／／ＹＡＮＷｅｉ，ＹＵＺｈｉ．ｙｏｎｇ，ＬＩＸｉｎ－ｊｉｅ，ＧＡＯＳｈｉ — ｗａｎｇ，ＬＩＵＬｉａｎ．ｂｏ，Ｓ０ＮＧＪｕｎ－ｊｉｅＡｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔｉｔａｎｉｕｍ／ｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ／ｎｉｃｋｅ１－ｉｒｏｎａｌｌｏｙ（Ｔｉ／ＲＧＯ／Ｎｉ－Ｆｅ）ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｗａｓｐｒｅｐａｒｅｄｂｙ
豢誊第７期
【研究报告】
Ｖ．口ｌ１．３６Ｎｏ．７
ＤＯＩ：１０．１９２８９￣．１００４／石墨烯／镍— 铁合金析氢电极的制备及其析氢性能
闫巍一，余智勇，李新杰，郜时旺，刘练波，宋军杰。
ｔｗｏ．ｓｔｅｐｃｏｎｓｔａｎｔｐｏｔｅｎｔｉａ１ｅｌｅｃｔｒＯｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｔｈａｔｉｓｅｌｅｃ仃ｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎＯｆＲＧＯｏｎｔｉｔａｎｉｕｍｓｕｂｓｔｒａｔｅｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｎｉｃｋｅ：１－ｉｒｏｎａｌｌｏｙ．ＴｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＲＧ０ｅｌｅｃｔｒＯｄｅＤＯｓｉｔｉｏｎｉｎｃｌｕｄｉｎｇｍａｓｓ
关键词：石墨烯；镍— 铁合金；恒电位沉积；析氢；催化活性
中图分类号：ＴＱＩ５３．２
文献标志码：Ａ
文章编号：１００４—２２７Ｘ（２０１７）０７—０３３７—０５
Ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎａｎｄｈｙｄｒｏｇｅｎｅｖｏｌｕｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｉｔａｎｉｕｍ／ｒｅｄｕｃｅｄｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ／ｎｉｃｋｅｌ－ｉｒｏｎａｌｌｏｙ
ｐｏｌａｉｚｒａｔｉｏｎｃｕｒｖｅｓｉｎ１ｍｏｌ／ＬＮａＯＨｓｏｌｕｔｉｏｎａｔＴｉＧＯ／Ｎｉ－Ｆｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ．ＴｈｅｏｐｔｉｍａｌｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｆｏｒｃｏｎｓｔａｎｔｅｌｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆＲＧ０ｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄａｓｏｌｆｌｏｗｓ：ＧＯ０．１ｇ／Ｌ，ｅｌｅｃｔｒ０ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａｌ一１．３Ｖａｎｄｔｉｍｅ６０Ｓ．
（１．中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，北京１０２２０９：２．苏州竞立制氢设备有限公司，江苏苏州２１５１６８）
摘要：通过两步恒电位电沉积法，即在钛基表面沉积石墨烯（ＲＧＯ）后再电沉积镍一铁合金，制备了钛基石墨烯／ｘ－－￣ｇ－￣ｋ，．合金复合电极。通过测量不同条件下制备的Ｔｉ／ＲＧＯ／Ｎｉ－Ｆｅ电极在１ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液中的阴极极化曲线，探究了氧化石墨烯（ＧＯ）质量浓度、电沉积电位、电沉积时间等ＲＧＯ电沉积参数对Ｔｉ／ＲＧＯ／Ｎｉ＿Ｆｅ电极析氢催化活性的影响，确定了恒电位电沉积ＲＧＯ的最佳工条件艺为：ＧＯ质量浓度０．１ｇ／Ｌ，电沉积电位一ｌ－３ｖ，时间６０Ｓ。在最优工艺条件下制备的Ｔｉ／ＲＧＯ／Ｎｉ－Ｆｅ电极中镍和铁的质量分数约为１．０：１．５，其在１ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液中的析氢过电位为２７５ｍＶ，比相同条件下制备的Ｔｉ／Ｎｉ＿Ｆｅ电极降低了近２０％，且具有更小的电荷转移电阻。证明石墨烯镀层的引入可以提高Ｔｉ／Ｎｉ＿Ｆｅ电极的电催化活性。
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｆｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ（Ｇ０），ｅ１ｅｃｔｒｏｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｐｏｔｅｎｔｉａ１ａｎｄｔｉｍｅｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｔｈｒｏｕｇｈｍｅａｓｕｒｉｎｇｔｈｅｃａｔｈｏｄｉｃ