Ni-Cr-Fe合金薄膜電極的制備及析氫性能
發(fā)布時間：2021-11-07 01:50
以廢舊馬口鐵為基體,Ni粉、Cr粉為覆膜材料,通過活化反應(yīng)燒結(jié)法制備了Ni-Cr-Fe三元薄膜合金電極。采用X射線衍射分析（XRD）、場發(fā)射掃描電鏡（SEM）、X射線能譜分析（EDS）、X射線光電子能譜分析（XPS）等對電極的物相、形貌結(jié)構(gòu)、元素分布進(jìn)行表征,并研究了電極材料的析氫機理,通過循環(huán)伏安曲線（CV）、線性極化曲線（LSV）、電化學(xué)交流阻抗（EIS）等方法測試了電極材料的電催化析氫性能。研究結(jié)果顯示,在室溫條件下,Ni-Fe二元合金電極材料在6 mol/L KOH溶液中的析氫過電位為-0.59 V,交換電流密度為20.6 mA/cm2,Tafel斜率為121.3 mV/dec。同樣條件下,調(diào)節(jié)Cr含量可提高析氫催化活性,Ni-30%Cr-Fe（質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同）三元薄膜合金電極材料的析氫催化活性最強,其析氫過電位僅有-0.39 V,交換電流密度為30.9 mA/cm2,Tafel斜率為78.1 mV/dec,經(jīng)28 160 s開路電位測試,電極材料的開路電位（η）從-0.87 V變化為-0.69 V,僅增加18 mV,表明析氫電極的化...
【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(24)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
電極材料的EDS元素分布圖和EDS線掃描圖(電子版為彩圖)
表1 電極材料的各項電化學(xué)性能Table 1 Electrochemical properties of Ni-Cr-Fe and Ni-Fe alloy electrode material Electrocatalyst Tafel slope/(mV/dec) I0/(mA/cm2) Rf I0/Sreal/(mA/cm2) Onset potential/V( vs Hg/HgO) I-0.8/(mA/cm2) Ni-Fe 121.3 20.6 1 130 1.8×10-2 -0.54 74.9 Ni-30wt%Cr-Fe 78.1 30.9 5 730 5.3×10-3 -0.39 169.2 Ni-Cr-Fe[17] / 0.24 786.3 3.062 8×10-4 -1.00 /MH+H2O+e-→H2+M+OH- (Heyrovsky反應(yīng)) (5)
圖1為Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料鍍層的SEM圖。由圖1a可發(fā)現(xiàn)電極材料平均鍍層厚度約為40 μm,鍍層具有豐富的不規(guī)則且相互貫通的孔隙結(jié)構(gòu),擁有較大的真實比表面積(詳見表1數(shù)據(jù))。由圖1b可發(fā)現(xiàn),電極材料表面形貌表現(xiàn)為分布相對均勻的微米級孔洞組成的多孔結(jié)構(gòu),由高倍電鏡圖可以看出結(jié)構(gòu)中具有明顯的燒結(jié)頸。圖1c為Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料的XRD圖,不同Cr含量的Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料表面物質(zhì)基本相同,Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料與Ni-Fe二元合金電極材料的晶體結(jié)構(gòu)相似,其衍射峰有(111)、(200)和(220)。由圖1d可清晰地發(fā)現(xiàn),Ni-30%Cr-Fe三元合金薄膜電極材料的衍射峰向左發(fā)生了一定量的偏移,這是由于Cr原子和Fe原子高度固溶在Ni原子中,使其發(fā)生了晶格畸變。圖2為Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料的EDS圖。從圖2中可以看出,電極材料膜外層主要為Ni、Cr元素,含有較少Fe、C元素,膜層元素分布較為均勻,沒有偏聚。膜層中Fe含量較低,是由于基體Fe為致密塊,沒有粉末邊界能量高,導(dǎo)致Fe元素擴散有限。膜層中含有少量C元素,是聚乙二醇在燒結(jié)過程中的分解殘留。由橫截面EDS圖可以看出,電極材料中的Ni、Cr和Fe元素三者形成了很好的擴散,Fe元素擴散到了膜層表面,正好與其EDS元素分布圖形成了相互驗證的關(guān)系。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物的制備與析氫性能[J]. 周琦,李志洋. 無機化學(xué)學(xué)報. 2018(12)
[2]電解水析氫電極材料的研究新進(jìn)展[J]. 杜晶晶,李娜,許建雄,許利劍. 功能材料. 2015(09)
碩士論文
[1]Ni-Cr-Fe多孔材料的制備與性能研究[D]. 劉艷.湘潭大學(xué) 2016
[2]鉬-二硒化鉬核殼型納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效析氫[D]. 屈銀東.電子科技大學(xué) 2016
本文編號：3480926
【文章來源】：材料導(dǎo)報. 2020,34(24)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：6 頁
【部分圖文】：
電極材料的EDS元素分布圖和EDS線掃描圖(電子版為彩圖)
表1 電極材料的各項電化學(xué)性能Table 1 Electrochemical properties of Ni-Cr-Fe and Ni-Fe alloy electrode material Electrocatalyst Tafel slope/(mV/dec) I0/(mA/cm2) Rf I0/Sreal/(mA/cm2) Onset potential/V( vs Hg/HgO) I-0.8/(mA/cm2) Ni-Fe 121.3 20.6 1 130 1.8×10-2 -0.54 74.9 Ni-30wt%Cr-Fe 78.1 30.9 5 730 5.3×10-3 -0.39 169.2 Ni-Cr-Fe[17] / 0.24 786.3 3.062 8×10-4 -1.00 /MH+H2O+e-→H2+M+OH- (Heyrovsky反應(yīng)) (5)
圖1為Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料鍍層的SEM圖。由圖1a可發(fā)現(xiàn)電極材料平均鍍層厚度約為40 μm,鍍層具有豐富的不規(guī)則且相互貫通的孔隙結(jié)構(gòu),擁有較大的真實比表面積(詳見表1數(shù)據(jù))。由圖1b可發(fā)現(xiàn),電極材料表面形貌表現(xiàn)為分布相對均勻的微米級孔洞組成的多孔結(jié)構(gòu),由高倍電鏡圖可以看出結(jié)構(gòu)中具有明顯的燒結(jié)頸。圖1c為Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料的XRD圖,不同Cr含量的Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料表面物質(zhì)基本相同,Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料與Ni-Fe二元合金電極材料的晶體結(jié)構(gòu)相似,其衍射峰有(111)、(200)和(220)。由圖1d可清晰地發(fā)現(xiàn),Ni-30%Cr-Fe三元合金薄膜電極材料的衍射峰向左發(fā)生了一定量的偏移,這是由于Cr原子和Fe原子高度固溶在Ni原子中,使其發(fā)生了晶格畸變。圖2為Ni-Cr-Fe三元合金薄膜電極材料的EDS圖。從圖2中可以看出,電極材料膜外層主要為Ni、Cr元素,含有較少Fe、C元素,膜層元素分布較為均勻,沒有偏聚。膜層中Fe含量較低,是由于基體Fe為致密塊,沒有粉末邊界能量高,導(dǎo)致Fe元素擴散有限。膜層中含有少量C元素,是聚乙二醇在燒結(jié)過程中的分解殘留。由橫截面EDS圖可以看出,電極材料中的Ni、Cr和Fe元素三者形成了很好的擴散,Fe元素擴散到了膜層表面,正好與其EDS元素分布圖形成了相互驗證的關(guān)系。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物的制備與析氫性能[J]. 周琦,李志洋. 無機化學(xué)學(xué)報. 2018(12)
[2]電解水析氫電極材料的研究新進(jìn)展[J]. 杜晶晶,李娜,許建雄,許利劍. 功能材料. 2015(09)
碩士論文
[1]Ni-Cr-Fe多孔材料的制備與性能研究[D]. 劉艷.湘潭大學(xué) 2016
[2]鉬-二硒化鉬核殼型納米結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高效析氫[D]. 屈銀東.電子科技大學(xué) 2016
本文編號：3480926
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