电解水Ni_S电极合金的研究

收稿日期:2005-06-28

作者简介:刘彦杰(1979-),女,河北承德人,硕士研究生。

联系人:单忠强,电话:(022)27406641,E 2mail :shanzq @s 。

文章编号:1004-9533(2006)05-0432-04

电解水Ni 2S 电极合金的研究

刘彦杰1

,单忠强1

,田建华1

,吴　锋

2

(11天津大学化工学院,天津300072;21北京理工大学化学与环境学院,北京100081)

摘要:采用电沉积法在镍网上制备Ni 2S 合金,在固定的溶液组成、电镀的电流密度和温度的条件

下,研究电沉积时间对电极析氢过电位的影响。试验结果表明,与未镀合金的电极相比,Ni 2S 合金电极的析氢过电位可降低130mV ,具有很好的析氢反应活性。关键词:Ni 2S 合金;水电解;析氢反应;过电位中图分类号:T Q15014　文献标识码:A

Nickel 2Sulfur Alloy U sed as W ater E lectrolysis

LI U Y an 2jie 1

,SH AN Zhong 2qiang 1

,TI AN Jian 2hua 1

,W U Feng

2

(1.School of Chem ical Engineering and T echnology ,T ianjin University ,T ianjin 300072,China ;

2.C ollege of Chem istry and Environmental Science ,Beijing Institute and T echnology University ,Beijing 100081,China )

Abstract :Nickel 2sulfur alloy based on nickel net was obtained by electro 2deposition.On the given s olution com position and electro 2deposition current and tem perature ,the influence of the electro 2deposition time on the hydrogen ev olution reaction overpotentials of the Ni 2S alloy was analyzed.The results of experiment showed that the hydrogen ev olution reaction overpotentials of the Ni 2S alloy reduced 130mV com pared with those of the cathode that wasn ’t electrodeposited.The Ni 2S alloy performs an excellent electrocatalytic property for the hydrogen ev olution reaction.

K ey w ords :nickel 2sulfur alloy ;water electrolysis ;hydrogen ev olution reaction ;overpotential

氢能作为一种清洁、高效、安全和可持续的能源,被视为21世纪最具发展潜力的清洁能源。使用氢作为交通工具的燃料,将结束因交通引起的温室气体等污染物排放的历史。20世纪90年代以来,氢能的开发利用更加引起了全球的重视。电解水制氢是实现大规模生产氢的重要手段。电极作为电化学反应的场所,其结构的设计、催化剂的选择及制备工艺的优化一直是电解水技术的关键,它对降低电极成本、提高催化剂的利用率、减少电解能耗起到极其重要的作用,同时又影响能否大规模工业化。因此开发能够有效降低阴极析氢过电位的新型阴极材料也就成为各国科研工作者争相研究的热门课题。

雷尼镍是相当好的析氢反应活性合金,但由于其呈多孔结构也导致电极的机械强度差、结构松弛、易脱落和易自燃等缺陷。之后又出现的镍Π钼合金,镧2镍系列储氢合金在电解水制氢方面均显示出较

高的电催化活性,但各自也存在一些缺陷[1]

。近年来,电沉积Ni 2S 合金作为电解水制氢的活性阴极材料已引人注目,它在相同的电解条件下,析氢过电位

比低碳钢低300mV 左右[2]

,而且此合金镀膜还具有价廉,制作简单等优点。本文是以镍网为基体在硫代硫酸钠的电解液中电沉积制备Ni 2S 合金,研究不同电沉积时间对电极析氢过程的影响。

2006年9月Sep.2006 化　学　工　业　与　工　程CHE MIC A L I NDUSTRY AND E NGI NEERI NG 第23卷　第5期

　V ol.23 N o.5

1　试验方法

111　准备工作

用切割机将网状镍片切割成1cm 宽、5cm 左右长的条状,然后用四氟乙烯胶带在中间部位将其缠

绕,并在一端留出1cm 2

,以备除油、电镀用。112　碱除油

由于镍网表面上可能粘有油污,为了保证制品的电镀质量,使镀层与基体牢固结合,因此我们要在电镀前对镍网进行碱性除油。将镍网放在碱液(控制温度在70～75℃时)中加热2～3min ,将镍网表面的杂质除去,稍后取出并用蒸馏水冲洗干净后置于样品袋中密封保存待用。113　电镀

将硫酸镍,硫代硫酸钠,

柠檬酸钠和硫酸铵(均为分析纯)按4∶1∶1∶2的质量比溶于蒸馏水中配置电镀溶液,镍网做阴极,镍板作为阳极,电镀电流密

度为12mA Πcm 2

,电镀温度为25℃。114　析氢电位测试

试验仪器:电化学工作站(型号I M6e ,德国

Z AH NER 生产);参比电极:HgO ΠHg 电极30%(质量分数)的K OH 溶液;辅助电极:大面积镍网;扫描范围:-1150～1125V ;扫描速率:20mV Πs 。115　镀层形貌分析环境扫描电子显微镜,X L30ESE M 2T MP ,荷兰Philips 2FEI 公司生产;E DAX 公司能谱仪,30kV 高压下分辨率为315nm 、1kV 电压下分辨率为25nm 和环扫条件下分辨率为315nm 。

2　试验结果与讨论

211　电镀时间对电极性能的影响

为比较各制备电极的析氢电催化性能好坏,使用电化学工作站在采用三电极体系恒电位法在室温下30%(质量分数)K OH 溶液测定循环伏安曲线。为更清晰的比较出各电极测定的循环伏安曲线差异,将图1从-500mV 和+200mV 分开为两半部分图(a )和图(b ),如下所示:

电镀时间Πh :c —3;d —4;e —5;f —6;g —7;h —7(只电镀Ni );i —是碱性除油后未镀的

图1　不同电极的循环伏安曲线

由图1可以看出未镀任何合金的电极(曲线i )

仅出现析氢析氧峰,而镀Ni 2S 合金的电极(曲线c ～g )除了出现析氢析氧峰外,分别在约-0163V 和+0149V (相对于氧化汞电极电位)各出现两对小

峰。为了研究这两对小峰出现的原因,本试验中除去了电镀液中的硫代硫酸钠,其他组分不变,电镀电流不变,电镀时间为6h ,在镍网上单独电镀镍。所制得Ni 电极的循环伏安曲线为图1中曲线h ,可以

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34第23卷第5期刘彦杰等:电解水Ni 2S 电极合金的研究