本文關(guān)鍵詞：鎳基電催化析氫電極材料的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氫氣是一種理想、高效的能源。在眾多制氫技術(shù)中，電解水制氫具有操作簡(jiǎn)便、成本低廉和無污染等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是一種最有前途的制氫技術(shù)。高效的析氫電極材料應(yīng)具有導(dǎo)電性好、比表面積大、析氫過電位低、電催化活性高、電化學(xué)穩(wěn)定性好且抗腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)。然而，大部分電極由于高析氫過電位產(chǎn)生的高能耗沒有在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，因此，制備性能優(yōu)良的低析氫過電位的電極材料具有重要的意義。 本課題采用電沉積方法，以金屬鈦片作為基底，分別在酸性電解液、堿性電解液、含沸石電解液、含Yb_2O_3粉末電解液以及含坡縷石微粒電解液等介質(zhì)中制備了多種析氫電極，并分別研究了所得電極的電化學(xué)析氫行為。 通過對(duì)在酸性電解液和堿性電解液中電沉積制備的鎳基合金的催化析氫性能比較發(fā)現(xiàn)，在堿性電解液中制備的鎳基合金比在酸性電解液中制備的鎳基合金析氫性能要好，主要原因在于氨水與Ni2+形成絡(luò)合物，電沉積時(shí)陰極極化增大，抑制了晶核的生長(zhǎng)速率，減小了晶體顆粒的大小，進(jìn)而增大了電極的比表面積，提高了電極的催化析氫性能。 將4A沸石（4A-zeolite）加入到弱堿性溶液后共沉積得到Ni-zeolite復(fù)合電極，由于氨水的絡(luò)合作用和沸石的協(xié)同作用，其電極比表面積進(jìn)一步加大，電極的催化析氫性能進(jìn)一步提高。將制備的Ni-zeolite復(fù)合電極浸于稀鹽酸中溶掉其中的沸石，形成多孔鎳基電極，其表面孔洞直徑大約300~400nm。計(jì)算表明，多孔鎳基電極真實(shí)面積是表觀面積的28倍，反應(yīng)的表觀活化能降低了22.12kJmol~(-1)。穩(wěn)態(tài)極化曲線也表明當(dāng)電流密度為40mAcm~(-2)時(shí)，多孔鎳基電極的析氫過電位比Niam電極的析氫電極電位降低了300mV左右，原因歸結(jié)于多孔結(jié)構(gòu)的形成提高了電極的真實(shí)表面積。 采用共沉積技術(shù)制備了Ni-Yb_2O_3復(fù)合電極。通過XRD圖譜可以證明，Yb_2O_3固體顆粒成功地嵌入合金電極中，掃描電鏡也證明了Ni-Yb_2O_3復(fù)合電極表面比純鎳電極更加粗糙，這樣的結(jié)構(gòu)有利于析氫反應(yīng)的進(jìn)行。Ni-Yb_2O_3復(fù)合電極具有較高的催化析氫性能，其表觀交換電流密度是純Ni電極的32倍，反應(yīng)表觀活化能降低了20.08kJmol~(-1)。穩(wěn)態(tài)極化曲線也表明當(dāng)電流密度為40mAcm~(-2)時(shí)，Ni-Yb_2O_3復(fù)合電極的析氫過電位比純Ni電極的析氫電極電位降低了400mV左右。原因歸結(jié)于一方面Yb_2O_3的加入提高了電極的真實(shí)表面積，另一方面Yb_2O_3微粒與金屬Ni的協(xié)同效應(yīng)使反應(yīng)的活化能大大降低。 利用電沉積技術(shù)制備了Ni-坡縷石復(fù)合電極。XRD圖譜表明坡縷石粉末的加入降低了鎳金屬的結(jié)晶度，掃描電鏡證明了坡縷石的加入改變了鎳基電極表面的形貌，增大了電極的比表面積，這些改變都有利于析氫反應(yīng)的進(jìn)行。穩(wěn)態(tài)極化曲線表明，當(dāng)電流密度為40mAcm~(-2)時(shí)，Ni-坡縷石復(fù)合電極的催化氫析電位比純Ni電極的析氫電位正移300mV。通過Tafel極化曲線得到析氫反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)參數(shù)i_0、b、R_(ct)等，，計(jì)算出交換電流密度增大了3.03倍，電極反應(yīng)表觀活化能減小12.42kJmol~(-1)，表明坡縷石的加入提高了電極的催化析氫性能�？梢哉J(rèn)為，坡縷石與金屬鎳的共沉積產(chǎn)生了協(xié)同作用，增加了電極的表面積，增強(qiáng)了Ni-坡縷石復(fù)合電極的催化析氫活性。
【關(guān)鍵詞】：析氫電極 沸石 坡縷石 氧化鐿 電催化
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TQ116.21;O646
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-29
• 1.1 電解水制氫的研究意義11-16
• 1.1.1 能源的現(xiàn)狀及分類11-12
• 1.1.2 氫能的優(yōu)點(diǎn)及利用12-13
• 1.1.3 氫氣的制備方法13-14
• 1.1.4 電解水制氫的基本原理14-16
• 1.2 析氫電極材料的研究現(xiàn)狀16-24
• 1.2.1 析氫電極材料的發(fā)展歷史16-18
• 1.2.2 析氫電極材料的分類18-19
• 1.2.3 析氫電極材料的制備方法19-21
• 1.2.4 提高鎳基析氫電極材料析氫性能的方法21-24
• 1.3 多孔硅酸鹽24-26
• 1.3.1 沸石24-25
• 1.3.2 坡縷石25-26
• 1.4 本論文的選題依據(jù)及研究意義26-27
• 1.5 本論文的研究思路和研究?jī)?nèi)容27-28
• 1.5.1 研究思路27
• 1.5.2 研究?jī)?nèi)容27-28
• 1.6 本論文創(chuàng)新點(diǎn)28-29
• 2 四種鎳基電極析氫性能的比較29-46
• 2.1 前言29-30
• 2.2 實(shí)驗(yàn)部分30-37
• 2.2.1 試劑與儀器30
• 2.2.2 四種鎳基電極制備所需電解液30-31
• 2.2.3 四種鎳基電極的制備31-34
• 2.2.4 鍍層性能測(cè)試34-37
• 2.3 結(jié)果與討論37-45
• 2.3.1 鍍層結(jié)構(gòu)與表面形貌分析37-39
• 2.3.2 鍍層析氫性能分析39-45
• 2.4 小結(jié)45-46
• 3 Ni-Yb_2O_3復(fù)合電極制備及其析氫性能研究46-60
• 3.1 前言46
• 3.2 實(shí)驗(yàn)部分46-52
• 3.2.1 試劑與儀器46-47
• 3.2.2 電解液組成47
• 3.2.3 電極的制備47-50
• 3.2.4 電極性能測(cè)試50-52
• 3.3 結(jié)果與討論52-59
• 3.3.1 電極的結(jié)構(gòu)與表面形貌分析52-54
• 3.3.2 電極析氫性能分析54-59
• 3.4 小結(jié)59-60
• 4 Ni-坡縷石復(fù)合電極制備及其析氫性能研究60-74
• 4.1 前言60
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分60-66
• 4.2.1 試劑與儀器60-61
• 4.2.2 電解液組成61-62
• 4.2.3 電極的制備62-64
• 4.2.4 電極鍍層性能測(cè)試64-66
• 4.3 結(jié)果與討論66-73
• 4.3.1 電極結(jié)構(gòu)與表面形貌分析66-68
• 4.3.2 電極析氫性能測(cè)試68-73
• 4.4 小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-76
• 致謝76-77
• 參考文獻(xiàn)77-91
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及研究成果91

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：281706