本文關鍵詞：Ni-Mo-Cu三元合金的電化學制備及其析氫催化性能的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氫能源室未來清潔能源的理想選擇,堿性電解水制氫法是大規(guī)模工業(yè)化制備氫氣的重要方法。那么研究開發(fā)具有更低析氫過電位和高析氫催化活性的新型的陰極電極材料成為解決目前電解水工業(yè)上存在的能耗大效率低的問題的重要手段。目前,Ni-Mo合金被證明是堿性溶液中電解水析氫催化活性最好的二元合金。本研究以Ni基二元合金為基礎,通過電沉積方法制備Ni-Mo-Cu三元合金,以期通過三種合金元素之間的協(xié)同作用,獲得高析氫催化活性的電極材料。 本文首先探索了恒電流電沉積法制備Ni-Mo-Cu三元合金的最佳電沉積制備工藝,考察了電鍍液中銅鹽濃度,電沉積電流密度,電鍍液pH值和電沉積溫度對Ni-Mo-Cu三元合金鍍層組成、三種合金元素在鍍層中的化學存在狀態(tài)、表面形貌和析氫催化活性的影響。最后通過最優(yōu)化條件制備的Ni-Mo-Cu三元合金在堿性溶液中的穩(wěn)態(tài)極化曲線,塔菲爾曲線和交流阻抗譜測定,研究了合金在析氫反應過程中的電化學性能和析氫催化動力學行為。得到結論如下： (1)電沉積制備條件以及電鍍液中的離子濃度對Ni-Mo-Cu合金鍍層的表面形貌,成分以及電解析氫性能都有很大的影響。實驗結果表明,Ni-Mo-Cu三元合金的最佳制備工藝條件為：電鍍液中Ni. Cu元素的摩爾比例為25：1,電沉積電流密度為50mA/cm2, pH=8-9, T=25℃,電沉積過程時間為1.5h,在整個電沉積過程中都伴隨著磁力攪拌。 (2)最佳制備工藝條件下制備的Ni-Mo-Cu合金鍍層為非晶態(tài)結構,晶粒尺寸細小為納米級,鍍層厚度大約為9μmm。鍍層表面呈現(xiàn)一種典型的表面粗糙的“菜花狀”形貌。鍍層中Ni、Mo、Cu三種元素所占的原子比分別為48%,15.6%和36.4%。 (3)在Ni-Mo合金中加入Cu元素對于合金的析氫催化活性有非常明顯的促進作用,相比于Ni-Mo二元合金,三元合金具有更低的析氫過電位,較低的析氫反應活化能以及更高的析氫反應交換電流密度和良好的電化學穩(wěn)定性。三元合金的析氫起始電位為-1.05V(vsHg/HgO),析氫反應活化能為21KJ/mol,析氫反應交換電流密度為12.6mA/cm2。 (4)Ni-Mo-Cu三元合金的析氫催化活性的提高一方面是因為Cu元素的加入改變了合金表面的形貌,使得合金的真實比表面積大大增加,增加了析氫反應的活化中心；另一方面,三元合金中的三種金屬之間產(chǎn)生了金屬間的協(xié)同作用,提高了合金本征的析氫催化能力。 (5)由交流阻抗圖譜的分析結果和通過Tafel曲線所得的析氫反應動力學參數(shù)表明：該三元合金電極進行的是一個純的由動力學因素控制的反應,電化學脫附是析氫反應的主要控制步驟。
【關鍵詞】：Ni-Mo-Cu三元合金 電解水析氫反應 析氫催化活性 電化學 電沉積
【學位授予單位】：中南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TG146.15
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 1 緒論11-21
• 1.1 氫能源概述11-12
• 1.2 氫氣的制備12
• 1.2.1 制備氫氣的主要方法12
• 1.2.2 電解水制氫12
• 1.3 堿性電解水析氫催化材料12-14
• 1.3.1 多孔鎳析氫催化電極12-13
• 1.3.2 鎳基合金電極13-14
• 1.3.3 復合鎳基電極14
• 1.4 陰極析氫反應過程14-17
• 1.4.1 氫離子在陰極上的還原過程14-15
• 1.4.2 析氫過電位及其影響因素15-16
• 1.4.3 析氫反應過程的機理16-17
• 1.5 金屬的電沉積過程17-19
• 1.5.1 金屬電沉積的基本歷程17-18
• 1.5.2 電沉積法制備合金的條件及其分類18-19
• 1.6 本課題的研究意義、選題思路與研究內(nèi)容19-21
• 1.6.1 本課題的研究意義19
• 1.6.2 本課題的選題思路19-20
• 1.6.3 本課題的研究內(nèi)容20-21
• 2 實驗部分21-27
• 2.1 實驗儀器與藥品21-22
• 2.1.1 主要的實驗儀器21
• 2.1.2 主要實驗試劑21-22
• 2.2 電極預處理流程22-23
• 2.2.1 實驗裝置22-23
• 2.2.2 電極預處理流程23
• 2.3 電鍍液的組成與電沉積工藝參數(shù)23-24
• 2.3.1 電鍍液的組成23-24
• 2.3.2 電沉積工藝參數(shù)研究24
• 2.4 Ni-Mo-Cu合金鍍層的分析與表征24-25
• 2.4.1 Ni-Mo-Cu合金鍍層的成分分析24
• 2.4.2 Ni-Mo-Cu合金鍍層的表面形貌分析24-25
• 2.4.3 Ni-Mo-Cu合金鍍層的XRD圖譜分析25
• 2.4.4 Ni-Mo-Cu合金鍍層的XPS圖譜分析25
• 2.5 Ni-Mo-Cu合金電極的電化學性能測試25-27
• 2.5.1 三電極測量體系25-26
• 2.5.2 電化學測試儀器26
• 2.5.3 電化學實驗測試參數(shù)26-27
• 3 Ni-Mo-Cu三元合金鍍層的制備工藝研究27-39
• 3.1 電鍍液中銅鹽含量對合金鍍層析氫性能的影響27-31
• 3.1.1 不同銅濃度對合金鍍層電化學析氫催化活性的影響27-28
• 3.1.2 不同銅濃度制備出的合金鍍層分析28-31
• 3.1.3 最佳電鍍液的配方31
• 3.2 電沉積電流密度對合金鍍層析氫催化性能的影響31-33
• 3.3 電沉積溫度對合金鍍層析氫催化性能的影響33-35
• 3.4 電鍍液pH值對合金析氫催化性能的影響35-37
• 3.5 制備Ni-Mo-Cu三元合金鍍層的最優(yōu)化工藝37
• 3.6 本章小節(jié)37-39
• 4 Ni-Mo-Cu三元合金鍍層分析及其電化學性能的表征39-56
• 4.1 Ni-Mo-Cu三元合金鍍層分析39-44
• 4.1.1 Ni-Mo-Cu三元合金鍍層表面形貌分析39-40
• 4.1.2 Ni-Mo-Cu三元合金鍍層成分分析40-41
• 4.1.3 Ni-Mo-Cu三元合金鍍層晶體結構分析41-43
• 4.1.4 Ni-Mo-Cu三元合金鍍層XPS分析43-44
• 4.2 在Ni-Mo-Cu三元合金鍍層電極上的電化學析氫反應44-48
• 4.3 Ni-Mo-Cu三元合金的電化學交流阻抗分析48-50
• 4.4 電解質(zhì)對Ni-Mo-Cu三元合金鍍層電化學性能的影響50-52
• 4.4.1 電解質(zhì)濃度的影響50-51
• 4.4.2 電解質(zhì)溫度的影響51-52
• 4.5 Ni-Mo-Cu三元合金的電化學穩(wěn)定性研究52-54
• 4.6 Ni-Mo-Cu三元合金的析氫反應機理研究54-55
• 4.7 本章小節(jié)55-56
• 5 結論56-57
• 參考文獻57-64
• 攻讀學位期間主要的研究成果目錄64-65
• 致謝65

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 徐志花;徐瑜;嚴朝雄;楊水彬;;NiCu雙金屬電極電催化析氫[J];微納電子技術;2012年03期

2 談萍;湯慧萍;王建永;廖際常;;金屬多孔材料制備技術研究進展[J];稀有金屬材料與工程;2006年S2期

3 鄭耀東;許偉長;戴品強;林芬;陳穎;;脈沖電沉積微晶鎳、超細晶鎳和納米鎳拉伸性能比較[J];稀有金屬材料與工程;2010年09期

4 高磊;;化學鍍鎳與電鍍鎳工藝的應用研究[J];化學工程與裝備;2008年08期

5 李超群;李新海;王志興;郭華軍;;酸性檸檬酸鹽溶液電鍍鎳[J];功能材料;2010年05期

6 王艷輝,吳迪鏞,遲建;氫能及制氫的應用技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];化工進展;2001年01期

7 劉勇;彭小波;;控制電位脈沖電沉積法制備鎳析氫電極[J];內(nèi)江師范學院學報;2010年02期

8 顧忠茂;;氫能利用與核能制氫研究開發(fā)綜述[J];原子能科學技術;2006年01期

  本文關鍵詞：Ni-Mo-Cu三元合金的電化學制備及其析氫催化性能的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：316513