Ni-Cu合金的脱合金制备及其析氢电催化性能

通过真空熔炼与固溶处理相结合的方法获得Ni_(30)Mn_(70)和Ni_(20)Cu_(10)Mn_(70)前驱体合金,经电化学脱合金化法制备纳米多孔Ni及Ni-Cu合金,采用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析合金相组成和微观结构,运用线性扫描伏安法、交流阻抗、方波电位法及计时电位法研究电极的析氢电催化性能.结果表明:纳米多孔Ni-Cu合金电极具有较高的电催化析氢性能,在0.1 A/cm~2电流密度下,析氢过电位仅19 mV,具有较好的电化学稳定性.     

金属有机框架基材料电解水制氢研究进展

化石燃料的应用带来了温室效应等环境问题。氢能源被认为是代替化石燃料的清洁能源之一。电解水制氢对环境不产生二次污染,因此,探索用于析氢反应的高效电催化剂是人类积极面对的课题。金属有机框架(Metal Organic Framework,MOF)基材料在电解水过程中具有良好的催化性能,有望代替贵金属电极。着重综述了MOF基材料的析氢反应(Hydrogen Evolution Reaction,HER)和析氧反应(Oxygen Evolution Reaction,OER)性能,总结分析了当前设计此类MOF基电极材料的新思想。     

自支撑的纳米多孔Al掺杂NiCu-S电极的制备及其电解水析氢性能研究

针对电解水制氢领域对廉价、高效、稳定析氢催化剂的需求,采用Al作为活泼组元在真空感应熔炼炉中熔炼出不同原子比的三元Al-Ni-Cu合金,利用快速凝固甩带技术将其制备成合金条带,后续进行脱合金化处理和水热硫化反应,得到Al掺杂的NiCu双金属硫化物析氢自支撑电极。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相和形貌进行表征,结果表明,随着Ni/Cu原子比的提高,电极表面呈现出一种由紧密的均匀生长的纳米片到纳米板的结构演变趋势,极大地增加了电极材料的活性比表面积,暴露出更多的活性位点。在酸性介质中(0.5 mol/L H_2SO_4)进行电化学性能测试,结果表明,Ni/Cu原子比为2∶1时,获得的S-np-Ni21Cu7自支撑电极在析氢过程中电流密度达到50 mA/cm~2时仅需要245 mV的过电位,表现出良好的析氢活性,同时在长时间测试中表现出较好的稳定性和耐久性。     

MXenes电催化析氢的研究进展

面向“碳达峰”“碳中和”国家重大战略,氢能作为一种能量密度高、无污染的绿色能源,将成为我国乃至世界未来能源战略领域发展的重中之重.电解水制氢由于其制备方法简单、制氢纯度高、制备过程无污染等优势而备受关注,但是该方法存在一个严重的缺陷,就是缺乏低成本、高效率析氢反应(HER)催化剂.MXenes是一种新兴的二维(2D)过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物,由于其具有极好的导电性、良好的亲水性、极大的比表面积、可调节的分子结构及多样的化学组成等优势,在析氢催化剂领域存在着潜在的巨大应用.该文总结了 MXenes制备、MXenes基电催化析氢性能调控策略及利用机器学习设计MXenes基析氢电催化剂面临的挑战和新的机遇.该文为今后开发新型高效的MXenes基析氢电催化剂,推动氢能的绿色制备提供了参考.     

电化学阴极制氢耦合阳极废水污染物降解的研究进展

电解水制氢是一种绿色制氢技术，但其能源效率受到阳极析氧反应(OER)动力学的限制。针对这一问题，系统总结和论述了一种将电化学制氢与治污耦合来降低能耗的系统，该系统的优势是以阳极氧化污染物取代OER反应，在降低电解水制氢能耗的同时实现污染物的处理，达到制氢与治污的有机结合。论述了制氢和治污耦合系统中的电解槽设计对耦合反应的关键作用，设计合理的电解槽有利于获得更高的制氢和治污效率；开发性能稳定的电极材料是实现高效制氢与治污耦合的另一关键方面，镍基、钴基、铜基材料及它们的复合材料都被作为电极材料用于电催化制氢和治污耦合系统，以提高系统的稳定性和制氢及有机污染物降解的效率；醇类、酚类、醛类、尿素、肼、胺等有机物及液氨和含硫化合物等都被用于与制氢结合构成制氢和治污的耦合体系，这些物质的加入可以提高系统的电子利用率、防止O₂/H₂混合，不仅可以实现绿色产氢，还能够在制氢的同时降解污染物甚至生成更高附加值的化学品。对有机物去除耦合电解水制氢系统的影响因素、反应机理和存在问题等进行了深入分析，以期为电解水制氢与治污耦合系统的研究和应用提供一定的理论依据，并对...     

多孔Ni-S合金的制备及其电催化析氢性能

采用化学脱合金化和水热合成的方法,制备多孔Ni以及多孔Ni-S合金电极.通过XRD、SEM表征电极的相结构和表面形貌.在1 mol/L的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安曲线(LSV)、交流阻抗曲线(EIS)等测试电极的电催化析氢性能.结果表明:与多孔Ni相比,Ni-S合金具有更低的析氢过电位以及更高的电催化析氢活性.     

SPE析氢电极的研究状况

对SPE电解水技术中析氢电极的结构、催化剂的选择、制备方法以及性能作了较详尽的概述，指出了影响其性能的因素以及提高其性能的可能措施，并对电解水析氢电极的开发研制作了展望。     

掺杂元素对锰混合氧化物阳极析氧抑氯性能的影响

对具有析氧抑氯选择电催化性能的海水电解制氢用绿色环保阳极材料进行了研究. 采用阳极电沉积法在Ti/IrO2基体上获得γ-MnO2氧化物涂层钛电极,在镀液中掺杂其他元素进行阳极电沉积,获得了MnV、MnCr、MnMoFe和MnFeV混合氧化物涂层钛电极. 模拟海水电解实验表明,掺杂元素显著提高锰氧化物涂层钛电极析氧抑氯选择电催化性能,MnFeV电极的析氧效率达到100%,可以满足析氧抑氯选择性电催化性的要求. 结构分析结果表明,掺杂后的锰氧化物电极形成了具有掺杂V、Fe的γ-MnO2相结构的混合氧化物Mn(Fe,V)O2,Mn(Fe,V)O2中金属以Mn4+、V5+和Fe3+形式存在,与氧形成了非定比化合物(Mn,Fe,V)Ox. Fe和V等掺杂元素起到细化晶粒和提高晶格畸变能的作用,有效地提高了电极的析氧抑氯电催化性能.     

纳米多孔Co的磷化物制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化、水热合成和化学气相沉积制备纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co和NiCo(OH)₂-P复合电极. 通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)等方法表征电极材料的物相和形貌结构. 在1 mol·L^－1的KOH溶液中,运用线性扫描伏安曲线(LSV)、交流阻抗谱(EIS)、循环伏安曲线(CV)等测试电极的电催化析氢性能. 结果表明:纳米多孔Co、NiCo(OH)₂/Co、NiCo(OH)₂-P电极材料的析氢性能依次增加,化学气相沉积(CVD)磷化后的纳米多孔NiCo(OH)₂-P在10 mA·cm^－2电流密度下,其过电位为139 mV,Tafel斜率为123.57 mV·dec^－1,双电层电容为30.16 mF·cm^－2. 经过1 000圈循环伏安耐久性实验后,纳米多孔NiCo(OH)₂-P电极在10 mA·cm^－2电流密度下,析氢过电位仅相差7 mV,表现出良好的析氢稳定性.     

化学沉积Ni-Co-P合金电极在碱性介质中的析氢电催化性能

用化学镀方法制备了Ni-P,Ni-Co-P合金电极,用电子能谱仪、扫描电镜(SEM)、X射线衍射测量了化学镀Ni-P,Ni-Co-P合金的组成、形貌结构、晶形.用电化学的方法研究了Ni-P,Ni-Co-P合金作阴极在1mol·L-1NaOH溶液中的析氢催化活性及稳定性,结果表明Ni-P,Ni-Co-P合金电极具有良好的析氢电催化性能和电化学稳定性.     

钒掺杂Ni_3S_2/泡沫镍电极材料制备及其电催化析氢性能分析

氢能作为一种能量载体,具有清洁无污染、可再生、安全等优点,被誉为人类的终极清洁能源。因此发展高效、稳定的电催化析氢催化剂对可再生能源的转换利用至关重要。以偏钒酸铵为钒源,F127为结构调控剂,采用水-乙二醇混合溶剂体系制备了钒掺杂的Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极。通过X-射线光电子能谱(XPS)分析,掺杂钒的价态为+5价。通过研究该催化剂在1 M KOH碱性介质中的电催化析氢反应性能。发现钒掺杂的Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极具有优异的电催化析氢性能,在碱性介质中仅需要206 mV的过电势就可以产生50 mA·cm~(-2)的电流密度,低于没有钒掺杂Ni_3S_2/泡沫镍(226 mV)和空白NF(350 mV)需要的过电势,并且该催化剂在电流密度为70 mA·cm~(-2)时可以稳定10 h。性能结果说明金属掺杂优化了Ni_3S_2/泡沫镍自支撑电极的电催化析氢性能。     

电沉积镍-储氢合金复合电极的析氢电催化性能

采用电沉积方法制备了镍-稀土储氢合金(Ni—AB5)复合电极，利用稳态极化曲线及电化学交流阻抗技术研究了该电极在28％KOH溶液中的析氢电催化性能，并用扫描电镜观测了电极的表面形貌．结果表明，与电沉积纯Ni电极相比，Ni—AB5复合电极具有较低的析氢过电位和电化学反应阻抗以及较大的交变电流密度和比表面积，在纯Ni及Ni—AB5电极上析氢反应的标准活化自由焓分别为74．2kJ／mol和39．8kJ／mol，即Ni—AB5复合电极表现出较高的析氢电催化活性．复合电极在碱性溶液中的析氢反应符合Volmer—Heyrovsky历程，电化学脱附为反应速度的控制步骤．     

稀土Y改性Ti／Sb2O5-SnO2电催化电极的制备及表征

为改善Ti／Sb2O5-SnO2电极的电催化性能,采用浸渍法制备了Y改性Ti／Sb2O5-SnO2电极。以活性艳红X-3B为目标有机物,考察了电极的电催化性能,对制备温度和Y掺杂量进行了详细的实验研究,确定的适宜制备条件为热处理温度550℃、Y掺杂量0.8％。采用SEM、EDS、XRD等分析方法对所制备电极的表面形貌、元素组成及结构进行分析,发现稀土Y的掺杂可以使SnO2粒径变小,有利于电极电催化性能的改善,同时Y元素的引入可使杂质元素Sb、Y在电极表面涂层富集。Y改性Ti／Sb2O5-SnO2电极表面主要是四方相金红石结构的SnO2晶体。电极动电位扫描测试结果表明Y改性Ti／Sb2O5-SnO2电极具有较高的阳极析氧电位,有利于有机物的阳极氧化降解。     

稀土Y改性Ti/Sb2O5-SnO2电催化电极的制备及表征

为改善Ti/Sb2O5-SnO2电极的电催化性能,采用浸渍法制备了Y改性Ti/Sb2O5-SnO2电极.以活性艳红X-3B为目标有机物,考察了电极的电催化性能,对制备温度和Y掺杂量进行了详细的实验研究,确定的适宜制备条件为热处理温度550 ℃、Y掺杂量0.8%.采用SEM、EDS、XRD等分析方法对所制备电极的表面形貌、元素组成及结构进行分析,发现稀土Y的掺杂可以使SnO2粒径变小,有利于电极电催化性能的改善,同时Y元素的引入可使杂质元素Sb、Y在电极表面涂层富集.Y改性Ti/Sb2O5-SnO2电极表面主要是四方相金红石结构的SnO2晶体.电极动电位扫描测试结果表明Y改性Ti/Sb2O5-SnO2电极具有较高的阳极析氧电位,有利于有机物的阳极氧化降解.     

纳米多孔Ni-Co电极的制备及其电催化析氢性能

采用真空电弧熔炼与快速凝固相结合的方法制备了Ni_(30)Al_(70)、Ni_(10)Co_(20)Al_(70)合金条带,经过电化学脱合金化除Al,成功得到多孔Ni电极、纳米多孔Ni-Co电极.通过XRD、SEM等微观技术表征了电极的相结构和表面形貌.运用电化学线性扫描(LSV)、电化学阻抗谱(EIS)等手段研究了电极在w(NaOH)=20%溶液中的析氢反应(HER)电催化活性.结果表明:与纳米多孔Ni电极相比,纳米多孔Ni-Co电极具有低的析氢过电位、低的析氢反应电阻及高的比表面积.     

纳米多孔Ni的制备及其电催化析氢性能研究

采用快速凝固结合脱合金的方法制备纳米多孔Ni,通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)对试样进行物相分析和形貌表征,并使用线性扫描伏安(LSV)、循环伏安(CV)、交流阻抗(EIS)等方法测试纳米多孔Ni电极的电催化析氢性能.结果表明:Ni₅Al₉₅前驱体合金在65 ℃条件下经4 h脱合金化后获得多层次、双连续的纳米多孔Ni.在50 mA·cm^－2电流密度下,25 ℃时析氢过电位为257 mV,双电层电容为4.7 mF·cm^－2,在析氢反应过程中表观活化能为26.06 kJ·mol^－1,电化学脱附是整个反应的控制步骤.经过1 000圈循环伏安耐久实验后,纳米多孔Ni电极在25 ℃下极化曲线基本保持原状,50 mA·cm^－2电流密度下析氢过电位减小6 mV,表现出优良的析氢稳定性.     

用于电催化水分解的三维阵列材料（英文）

氢能源被认为是最有可能替代化石燃料的清洁能源之一.探索适用于水分解产氢的催化剂已经成为电解水领域的重要课题.由于纳米粉体材料导电性不好,且在催化过程中容易堆积,所以将纳米活性物质和导电基底结合起来,构建具有开放多孔结构的三维(3D)阵列电极已经成为电催化领域的研究热点.本文首先总结了3D阵列电极在电催化水分解中的优势,然后介绍了提高材料催化性能的几种策略,最后对用于水分解的阵列催化材料进行了分类和总结,希望能为新的电催化材料的设计和制备提供参考.     

普鲁士蓝结构转化的尖晶石型NiFe_2O_4/C和CoFe_2O_4/C纳米材料的析氧性能

为了拓展金属有机骨架化合物(MOFs)在电催化中的应用,本文采用水浴共沉淀法制备了双金属普鲁士蓝类似物(PBA),经过高温转化后得到纳米复合材料Ni Fe_2O_4/C和Co Fe_2O_4/C;利用X-射线衍射(XRD)分析、扫描电子显微镜(SEM)和X射线能谱仪(EDS)对产物的晶型结构和形貌进行了表征,结果表明Ni Fe_2O_4和Co Fe_2O_4颗粒为尖晶石结构,呈现出球状或粉末状的均匀分散;在1 mol/L KOH中测试了2种复合材料的电催化析氧(OER)活性与稳定性,结果表明2种材料均表现出良好的OER活性和稳定性。本研究提出了一种利用MOF结构在高温分解过程直接制备电催化剂的方法。     

退火对泡沫镍沉积金属催化剂的析氢性能影响

研究了退火处理对泡沫镍(NF)沉积单/双元金属电极在碱性环境下析氢性能的影响。采用XRD,SEM和电化学工作站对复合催化剂的组成、结构、微观形貌及性能进行研究,可以得出,泡沫镍沉积单/双元金属电极在300℃下退火处理后表现出较好的电催化析氢活性,大小依次为(相比于退火前):NF@Cu0.01@Ni0.01-300,NF@Cu0.01@Co0.03-300,NF@Ni0.01-300,NF@Co0.03-300.结果表明,NF@Cu0.01@Ni0.01-300催化剂对电解水制氢表现出最高的催化活性,其电流密度是泡沫镍的3.97倍,且具有优良的电化学和物理稳定性,说明退火温度和沉积金属层对复合催化剂的析氢活性有很大影响。     

(Ni-Mo)-WC电极在碱性介质中的电催化析氢性能

从电极析氢反应的动力学参数、真实交换电流密度、标准活化自由能及电化学稳定性等方面研究了（Ni-Mo）-WC电极在碱性介质中的电催化析氢性能。实验结果表明，复合电极的电催化析氢性能高于基质合金电极，这主要归因于此表面积的增加。