能源緊缺以及伴隨能源使用而造成的環(huán)境污染是當(dāng)今社會(huì)面臨的重大問題,尋找能夠代替?zhèn)鹘y(tǒng)化石燃料的新能源是解決這兩大問題的關(guān)鍵。經(jīng)過人們研究發(fā)現(xiàn),氫氣具有燃燒無污染,熱值高且來源廣等諸多優(yōu)點(diǎn),是一種理想的清潔能源載體。由于地球上水資源豐富,人們把制取氫氣的途徑轉(zhuǎn)向了電解水。目前,電解水制取氫氣最大困難就在于電極催化性能不高,能耗太大。因此決定材料催化活性的因素需要被深入研究并以此來指導(dǎo)高效催化活性的電極材料的合成,降低制氫成本。本論文采用簡(jiǎn)單的電化學(xué)沉積法制備了一系列鎳基合金催化電極,測(cè)試了其催化性能并探究了各個(gè)沉積變量對(duì)性能的影響,得到了本文中性能最優(yōu)的催化電極及其制備條件。首先我們采用電沉積法制備了一系列Ni-Co-Sn合金電極。通過調(diào)控電沉積條件,最終發(fā)現(xiàn),在電解液pH為5.0,沉積電流密度5 A/dm²,沉積溫度50℃,沉積時(shí)長(zhǎng)30 min時(shí),可以獲得析氫性能優(yōu)異的Ni-Co-Sn合金電極。在堿性條件下（1 M NaOH溶液）測(cè)得其在電流密度為10 mA/cm²時(shí)展示出-76 mV的析氫過電位,小到63 mV?dec^-1

【文章來源】：蘭州大學(xué)甘肅省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：92 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

堿性環(huán)境下電解水原理圖

3圖 1.1 堿性環(huán)境下電解水原理圖1.2.2 電催化析氫催化機(jī)理前面我們提到實(shí)際情況中的通過電解水析氫反應(yīng)制備氫氣都需要高效的催化劑來降低反應(yīng)所需能耗。電催化析氫反應(yīng)是在催化劑表面發(fā)生一個(gè)多步電化學(xué)過程[33,34]。如圖 1.2 所示，酸性環(huán)境中，在催化反應(yīng)的初始階段，一個(gè)水合氫根離子（酸性條件下，質(zhì)子會(huì)和水分子以范德瓦爾斯力結(jié)合成水合氫根離子）吸附于催化電極的表面，這個(gè)吸附位點(diǎn)也叫活性位點(diǎn)。得到一個(gè)轉(zhuǎn)移電子后，吸附質(zhì)子被還原，變成一個(gè)吸附氫原子。這個(gè)步驟叫做初級(jí)放電步驟，也叫 Volmer 反應(yīng)。接著吸附的氫原子將可能通過電化學(xué)脫附步驟或復(fù)合步驟開始形成 H2，并依次解吸。而到底將發(fā)生哪個(gè)反應(yīng)，則取決于催化劑本身的固有屬性。電化學(xué)脫附步驟也叫 Heyrovsky 反應(yīng)，在這個(gè)反應(yīng)中，生成的氫原子與水合氫根離子結(jié)合，然后從催化劑表面得到一個(gè)轉(zhuǎn)移電子形成 H2。對(duì)于復(fù)合脫附步驟，首先催化劑表面吸附氫原子相鄰的活性位點(diǎn)上通過相同的初級(jí)放電步驟同樣產(chǎn)生了一個(gè)吸附氫原子，然后這兩個(gè)相鄰的吸附氫原子直接結(jié)合并且脫附產(chǎn)生氫氣，這個(gè)步驟也叫 Tafel 反應(yīng)。這些反應(yīng)步驟已經(jīng)在一些材料中被證實(shí)[32]。在堿性電解液中，溶液中沒有質(zhì)子，在初級(jí)放電過程中，水分子中的氫氧鍵首先需要在

由能對(duì)催化反應(yīng)最有利。圖 1.3 為交換電流密度隨氫原子吸附的變化關(guān)系，也叫的“火山”圖[38-40]。圖中 Pt，Rh，Ir 等貴換電流密度和接近零的氫吸附吉布斯自由能，因而在電解水實(shí)催化活性�；凇盎鹕叫托�(yīng)”可知，當(dāng)催化劑活性位點(diǎn)的氫時(shí)，就會(huì)擁有較大的交換電流密度和較高的催化活性。


本文編號(hào)：2977751