三維石墨烯-NI基合金復合電極的制備及其電催化產(chǎn)氫性能.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、氫能是一種熱值高、可再生、環(huán)境友好的新型能源,可替代目前工業(yè)上常用的化石燃料。堿性電解水產(chǎn)氫具有技術成熟和氫氣純度高的優(yōu)勢,但電能消耗大,不利于工業(yè)化生產(chǎn)。開發(fā)高效的產(chǎn)氫反應催化劑來降低產(chǎn)氫過電勢成為當前研究的熱點。盡管Pt基金屬催化劑可以顯著減少產(chǎn)氫過電勢,但因其高成本、自然界含量低和催化劑中毒現(xiàn)象使其不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需求。具有相對較高的催化活性且成本低廉的過渡金屬Ni及Ni基合金可以替代Pt基催化劑實現(xiàn)電催化產(chǎn)氫反應,但其產(chǎn)氫過電

2、勢依然較高。
  納米多孔Ni基合金雖然具有較低的產(chǎn)氫過電勢,化學活性較高,但穩(wěn)定性差。三維石墨烯具有高比表面積、高導電性和電化學穩(wěn)定性等優(yōu)勢,但本身電催化產(chǎn)氫反應活性不高,通過過渡金屬原子摻雜可有效降低產(chǎn)氫過電勢。本論文采用不同體系合金通過脫合金化法形成納米多孔Ni基合金,并作為基體通過CVD法生長具有三維連續(xù)結構的石墨烯,化學腐蝕后形成的NiCo摻雜三維石墨烯電極具有高比表面積、高導電性和電化學穩(wěn)定性,并且能夠顯著降低產(chǎn)氫過電

3、勢。
  本文的研究主要內(nèi)容及結論為:
  (1)根據(jù)合金相圖制備出不同體系的合金。XRD分析表明NiCuMn和NiCoMn合金成分均勻,屬于面心立方晶型的單相固溶體,有利于形成孔徑分布均勻的三維納米多孔結構。采用脫合金化法成功制備出孔徑分布均勻的納米多孔Ni基合金,BET和TEM分析表明其孔徑分布在3~6nm之間。
  (2)本文研究了不同成分納米多孔Ni基合金的電催化產(chǎn)氫性能,結果表明與塊狀Ni基合金相比,納米多孔

4、Ni基合金材料產(chǎn)氫過電勢和Tafel斜率大幅降低,但產(chǎn)氫反應的電化學穩(wěn)定性較差。
  (3)以np-NiCo作為基體通過CVD法原位生長石墨烯,成功制備了三維石墨烯/Ni基合金復合材料,并通過化學腐蝕形成NiCo摻雜三維石墨烯。研究表明延長CVD生長時間和提高生長溫度會增大三維石墨烯/NiCo復合材料和NiCo摻雜三維石墨烯的孔徑,同時會增加產(chǎn)氫反應過電勢;在800℃下生長1min的NiCo摻雜三維石墨烯具有最小的孔徑(100-3

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