氫氣作為二次能源以其清潔無(wú)污染、高效、可儲(chǔ)存和方便運(yùn)輸?shù)葍?yōu)點(diǎn),被視為最為理想的能源載體。在各種制氫技術(shù)中,電解水制氫具有產(chǎn)品純度高、電解效率高、無(wú)污染、取材豐富等優(yōu)點(diǎn)已被廣泛利用。鎳基多孔材料通過(guò)多種元素的合金化,設(shè)計(jì)適宜的孔結(jié)構(gòu),既利于形成氣體通道,又可以提高材料的比表面積,從而增加催化反應(yīng)的活性中心,是一種高效的析氫電極材料。研究鎳基多孔材料的組織結(jié)構(gòu)及其電化學(xué)析氫性能顯得十分必要。本文采用元素粉末反應(yīng)合成法制備了 Ni-Fe-Mo、Ni-Fe-Mo-C-LaNi5多孔電極材料,采用掃描電鏡(SEM)、X射線衍射(XRD)、背散射電子衍射(BSED)、循環(huán)伏安掃描(CV)、線性極化掃描和電化學(xué)阻抗技術(shù)(EIS)等手段研究了電極的孔結(jié)構(gòu)和電催化析氫性能,并采用電化學(xué)工作站測(cè)量其電化學(xué)性能。研究工作得到如下主要結(jié)果:1.Ni-Fe-Mo多孔電極材料的組織成分由三部分組成,大部分為固溶了少量Mo原子的Ni-Fe-Mo固溶體,少部分為大區(qū)域的Mo團(tuán)聚物,還有一部分為固溶了大量NiMo化合物和少量FeMo化合物的固溶體。成分配比為8:1:1燒結(jié)溫度為800℃下的多孔材料具有良好的析氫性能,室溫下的交換電流密度為2.89×10-4 A·cm-2。2.Ni-Fe-Mo-C-LaNi5多孔復(fù)合電極材料的孔隙率為35.1%,平均孔隙約3.7μm,具有豐富的孔隙。該電極電解析氫的反應(yīng)控制步驟為電化學(xué)步驟,交換電流密度約為1.13×10-3A·cm-2,析氫激活能約為20.75KJ/mol,表現(xiàn)出優(yōu)異的電解析氫活性。Ni-Fe-Mo-C-LaNi5多孔復(fù)合電極的本征催化活性只有純Ni電極的1.5倍左右,而比表面積活性卻是純Ni電極的9倍,表明其催化活性不僅來(lái)自于元素間的協(xié)同作用,同時(shí)來(lái)自于真實(shí)表面積的增大。3.323K溫度下6 M KOH溶液電化學(xué)阻抗(EIS)實(shí)驗(yàn)表明,Ni-Fe-Mo-C-LaNi5多孔復(fù)合電極材料具有良好的電催化析氫活性。Ni、Fe、Mo和C之間的協(xié)同作用以及LaNis增強(qiáng)電極表面的H吸附起到的儲(chǔ)氫作用是電催化析氫活性提高的內(nèi)在原因。此外,Ni-Fe-Mo-C-LaNi5多孔復(fù)合電極材料在1000個(gè)循環(huán)周期后電流密度不僅沒(méi)有衰減,反倒增加了 25%,表明材料具有較好的電解析氫穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ116.2;O646.54
【部分圖文】：

１］，借助于電子探針微區(qū)成分分析，實(shí)驗(yàn)測(cè)定了?Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ三元系１０００°Ｃ下??的等溫截面，對(duì)進(jìn)一步研宄Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ三元系的相關(guān)系、優(yōu)化計(jì)算Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ的相??圖以及對(duì)Ｎｉ基合金的優(yōu)化及工藝選擇均有著重要的意義。結(jié)果如下：圖１－１為??Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ在１０００°Ｃ下的等溫截面圖［５２】。由圖１－１可知，Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ三元系在１０００°Ｃ??時(shí)存在如下?３?個(gè)三相區(qū)：｜ａ＋ｂｃｃ（Ｍｏ）＋ＮｉＭｏ；?（ｉ＋ＮｉＭｏ＋ｆｃｃ、ｂｃｃ（Ｆｅ）?＋?ｐ＋ｆｃｃ（｜＿ｉ為??ＦｅＭｏ化合物）。根據(jù)馮艷的文獻(xiàn)可知，Ｆｅ在Ｍｏ中的極限固溶度為３．５４ａｔ％，?Ｎｉ??在Ｍｏ中的固溶度極限為７．９７ａｔ％，?Ｍｏ在（Ｎｉ，Ｆｅ）完全固溶體ｆｅｅ中的極限固溶度??為１２．３８ａｔ％。Ｎｉ基合金的優(yōu)異性能在很大程度上得益于難熔金屬的添加，Ｍｏ固??溶在超合金中，由于其本身的高熔點(diǎn)，高熱導(dǎo)性和對(duì)濺射的高電阻，可以提高合??金的穩(wěn)定性，還可以強(qiáng)化晶界和其他析出相，從而提高合金的高溫強(qiáng)度。Ｆｅ在??合金中也是一種固溶強(qiáng)化元素，可以提高合金的穩(wěn)定性，并使合金具有良好的磁??性和電學(xué)性能。??Ａ＂（Ｆｃ）?Ｉ?－ｂｃｃ（Ｍｏ）＋ＮｉＭｏ

２．１實(shí)驗(yàn)流程??采用傳統(tǒng)的粉末冶金方法制備Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ、Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ－Ｃ－ＬａＮｉ５多孔材料，具??體的實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線如圖２－１所示。??Ｎｉ粉?Ｆｅ粉?Ｍｏ粉?Ｃ粉?｜?ＬａＮｉ５粉??￣￣ｒ?￣￣１?￣￣Ｈ?￣￣Ｉ???Ｙ???篩分、粒度分級(jí)???＾?ｒ???混合粉末???＾?［???壓制成形???Ｙ???真空燒結(jié)??，ｒ???Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ（Ｃ／ＬａＮｉ５）多孔材料??，■??結(jié)構(gòu)表征?｜析氫催化活性性能測(cè)試??

Ｊ為多孔試樣測(cè)試區(qū)域的面積，??孔材料析氫電化學(xué)性能及析氫行為研究方法??ｉ－Ｆｅ－Ｍｏ（Ｃ／ＬａＮｉ５）多孔材料的電化學(xué)測(cè)試采用電化學(xué)測(cè)試工作站（ＣＳ３５０，??思特儀器公司）進(jìn)行測(cè)試，如圖２－２所示，所有的電化學(xué)測(cè)試過(guò)程為三，其中鈿片為輔助電極，Ｈｇ／ＨｇＯ電極作為參比電極，參比電極是通過(guò)（鹽橋）與工作電極相聯(lián)通，主要的電化學(xué)測(cè)試方法有穩(wěn)態(tài)陰極極化法、??安法以及交流阻抗法，電極的工作面積為１平方厘米，電解液為６?Ｍ?ＫＯＨ。??試均對(duì)測(cè)試電解質(zhì)的溫度進(jìn)行控制，利用水浴加熱進(jìn)行溫度的監(jiān)控。由于??測(cè)試條件比較苛刻，為了保證數(shù)據(jù)的客觀性以及重現(xiàn)性，本文中的電化經(jīng)過(guò)多次測(cè)試而得到，為了保證測(cè)試過(guò)程的系統(tǒng)性，所有的測(cè)試均在靜液中進(jìn)行，電解前工作電極放置于電解液中０．５ｈ以上，以此來(lái)消除每次??程中由于攪拌而帶來(lái)的擴(kuò)散誤差影響，在本論文所有電極在進(jìn)行電化學(xué)需先在－１．２ｖ極化電位下極化１２００ｓ，以消除電極表面可能含有氧化性物。??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2862700