目前,Pt元素是使用最廣泛的貴金屬HER材料,但商業(yè)電解水需要大規(guī)模、大面積的使用Pt,而Pt在地球上的含量稀少且價格昂貴,不適用于商業(yè)制氫。因此,探索制備非貴金屬基析氫電極替代貴金屬具有重要的理論意義和實際應用價值。本文采用電沉積的方法,制備了電化學活性表面積高、析氫催化活性優(yōu)異的析氫電極:Cu-Ni-Mo,Ni-Fe-S和Ni-Mo-S。運用SEM、EDS、XRD和XPS對析氫電極的形貌、結構以及相態(tài)進行了表征,并通過LSV、EIS、CV等測試手段對析氫電極的電化學性能進行了檢測。結果表明:（1）Cu-Ni-Mo析氫電極的表面為細小晶粒團簇而成的“花椰菜狀”結構。當電流密度為10 mA·cm^-2時,Cu-Ni-Mo析氫電極的析氫過電位僅為38.5 mV,Heyrovsky步驟為析氫反應速率決定步驟。Cu-Ni-Mo析氫電極中,Mo元素對其析氫性能的影響很大。相對于Cu-Ni析氫電極,Cu-Ni-Mo析氫電極的電荷轉(zhuǎn)移電阻更小,活性表面積更大,Mo元素的加入使合金由晶態(tài)結構轉(zhuǎn)化為非晶結構且電極的電化學活性表面積大幅增加,從而提高了析氫反應的效率。（2）Ni-Fe... 

【文章來源】：沈陽工業(yè)大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：61 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

PPy-Chi/Au改性PGE的實驗裝置示意圖

第4章微觀形貌對析氫電極HER性能的影響27eCNM-2高倍fCNM-2元素分布gCNM-2元素分布hCNM-2元素含量圖4.1CNM-0、CNM-1、CNM-2、CNM-3的SEM圖及CNM-2的EDS圖Fig.4.1SEMimagesofCNM-0,CNM-1,CNM-2,CNM-3andEDSimagesofCNM-24.1.2Ni-Fe-S析氫電極的SEM觀察及EDS分析利用SEM研究了不同F(xiàn)e含量的Ni-Fe-S析氫電極表面形貌。樣品NFS-1，NFS-2和NFS-3的低倍SEM圖像如圖4.2a~c所示，d為NFS-2高倍放大圖。可見Ni-Fe-S析氫電極表面呈丘陵胞狀物，均勻地覆蓋在銅基板的表面，從圖4.2d放大圖中可以看到，丘陵狀胞狀物表面生長了大量致密的晶體顆粒，這種凹凸不平的丘陵狀形貌有效地增大了與電解質(zhì)的接觸面積，暴露出大量活性位點。值得一提的是，隨著Fe含量的增加，胞狀物凸起程度逐漸變大，其間距也越來越校其中樣品NFS-3表面的胞狀物最為密集，這樣雖然增大了活性表面積，但也阻礙了HER過程中產(chǎn)生的氫氣及時逸出，降低了反應效率。綜合來看，樣品NFS-2很好的平衡了反應的氫吸附和脫附過程。為了研究Ni-Fe-S析氫電極的元素組成及分布，對樣品NFS-2進行了EDS分析，如圖4.2e~f所示，進一步驗證了Ni、Fe、S成功沉積在銅板上，且三種元素分布均勻在電極表面。

沈陽工業(yè)大學碩士學位論文28aNFS-1bNFS-2cNFS-3dNFS-2高倍eNFS-2元素分布fNFS-2元素含量圖4.2NFS-1、NFS-2、NFS-3的SEM圖及NFS-2的EDS圖Fig.4.2SEMimagesofNFS-1,NFS-2,NFS-3andEDSofNFS-24.1.3Ni-Mo-S析氫電極的SEM觀察及EDS分析為了解Ni-Mo-S析氫電極隨Mo含量增加而產(chǎn)生的形貌變化，本節(jié)詳細對比了實驗。圖4.3a~e為樣品NMS-0，NMS-1，NMS-2，NMS-3和NMS-4的SEM圖。從圖4.3a和f中看出，當未添加Na2MoO4·2H2O時，即樣品NMS-0，可以看出此時鍍層表面存在大量致密的微納米級球狀顆粒，顆粒相互粘結團聚，暴露大量的反應活性位點（結合XRD結果判斷球狀顆粒為Ni3S2）；當添加Na2MoO4·2H2O后，如圖4.3b~e和g所示，微球表面開始出現(xiàn)尺寸更小的納米粒子。由圖4.3g和h，可以推斷微球表面的納米粒子主要為Mo元素，結合XRD結果判斷為MoS2。


本文編號：3488626