氫氣作為二次能源以其清潔無污染、高效、可儲存和方便運輸?shù)葍?yōu)點,被視為最為理想的能源載體。在各種制氫技術中,電解水制氫具有產品純度高、電解效率高、無污染、取材豐富等優(yōu)點已被廣泛利用。鎳基多孔材料通過多種元素的合金化,設計適宜的孔結構,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構及其電化學析氫性能顯得十分必要。本文采用元素粉末反應合成法制備了 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阻抗技術(EIS)等手段研究了電極的孔結構和電催化析氫性能,并采用電化學工作站測量其電化學性能。研究工作得到如下主要結果: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控制步驟為電化學步驟,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自于元素間的協(xié)同作用,同時來自于真實表面積的增大。3.323K溫度下6 M KOH溶液電化學阻抗(EIS)實驗表明,Ni-Fe-Mo-C-LaNi5多孔復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增強電極表面的H吸附起到的儲氫作用是電催化析氫活性提高的內在原因。此外,Ni-Fe-Mo-C-LaNi5多孔復合電極材料在1000個循環(huán)周期后電流密度不僅沒有衰減,反倒增加了 25%,表明材料具有較好的電解析氫穩(wěn)定性。
【學位單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：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，實驗測定了?Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ三元系１０００°Ｃ下??的等溫截面，對進一步研宄Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ三元系的相關系、優(yōu)化計算Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ的相??圖以及對Ｎｉ基合金的優(yōu)化及工藝選擇均有著重要的意義。結果如下：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??時存在如下?３?個三相區(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，高熱導性和對濺射的高電阻，可以提高合??金的穩(wěn)定性，還可以強化晶界和其他析出相，從而提高合金的高溫強度。Ｆｅ在??合金中也是一種固溶強化元素，可以提高合金的穩(wěn)定性，并使合金具有良好的磁??性和電學性能。??Ａ＂（Ｆｃ）?Ｉ?－ｂｃｃ（Ｍｏ）＋ＮｉＭｏ

２．１實驗流程??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??體的實驗技術路線如圖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???＾?ｒ???混合粉末???＾?［???壓制成形???Ｙ???真空燒結??，ｒ???Ｎｉ－Ｆｅ－Ｍｏ（Ｃ／ＬａＮｉ５）多孔材料??，■??結構表征?｜析氫催化活性性能測試??

Ｊ為多孔試樣測試區(qū)域的面積，??孔材料析氫電化學性能及析氫行為研究方法??ｉ－Ｆｅ－Ｍｏ（Ｃ／ＬａＮｉ５）多孔材料的電化學測試采用電化學測試工作站（ＣＳ３５０，??思特儀器公司）進行測試，如圖２－２所示，所有的電化學測試過程為三，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（鹽橋）與工作電極相聯(lián)通，主要的電化學測試方法有穩(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。??試均對測試電解質的溫度進行控制，利用水浴加熱進行溫度的監(jiān)控。由于??測試條件比較苛刻，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)過多次測試而得到，為了保證測試過程的系統(tǒng)性，所有的測試均在靜液中進行，電解前工作電極放置于電解液中０．５ｈ以上，以此來消除每次??程中由于攪拌而帶來的擴散誤差影響，在本論文所有電極在進行電化學需先在－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】

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本文編號：2862700