脫合金制備納米多孔Ni-M(Fe,Cu,Co)合金及析氫性能研究.pdf

1、隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)化石燃料的消耗也加倍增長(zhǎng)，所引起環(huán)境問(wèn)題，霧霾、酸雨、溫室效應(yīng)等已經(jīng)嚴(yán)重影響人們的正常生活。尋找一種新的、能廣泛應(yīng)用的、可再生的能源已經(jīng)成一項(xiàng)亟待解決的問(wèn)題。氫是地球上儲(chǔ)量最多的元素，具有儲(chǔ)量豐富、無(wú)污染、可循環(huán)利用等優(yōu)點(diǎn)，因此，開(kāi)發(fā)利用氫能源具有重要意義。目前氫的制備主要利用電解水的方法，然而目前工業(yè)電解水制氫的效率不高，主要在于電極材料的析氫過(guò)電位過(guò)高，造成能量的浪費(fèi)，制約了電解水制氫的發(fā)展。因此，研究制備低

2、析氫過(guò)電位，且穩(wěn)定廉價(jià)的高效析氫電極材料意義重大。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用真空熔煉與固溶處理可以得到不同合金成分Ni-Fe-Mn合金，其中Ni30Mn70合金由單一的Mn相組成，而 Ni20Fe10Mn70與 Ni10Fe20Mn70合金由單一的Fe3Mn7相組成，對(duì)比發(fā)現(xiàn) Fe的加入對(duì)形成的納米多孔Ni結(jié)構(gòu)有顯著影響。通過(guò)對(duì)所制備不同F(xiàn)e含量的納米多孔材料的析氫性能測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e的加入增大了表面積，降低了析氫過(guò)電位，

3、提高了電極穩(wěn)定性。在0.15 A·cm-2電流密度下，Ni20Fe10Mn70制得的納米多孔Ni-Fe合金析氫過(guò)電位為154 mV；在0.1 A·cm-2電流密度下，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)電解，合金電極表現(xiàn)出良好的電化學(xué)穩(wěn)定性。⑵合金成分對(duì)所形成的納米多孔結(jié)構(gòu)有顯著的影響，這一結(jié)論同樣適用于Ni-Cu-Mn合金，Ni20Cu10Mn70與Ni10Cu20Mn70均由單一的CuMn4相構(gòu)成，兩者形成的納米多孔結(jié)構(gòu)彼此不同，且與Ni30Mn70所形

4、成的納米多孔Ni差別較大，但Ni20Cu10Mn70形成具有較多“褶皺”的納米片狀多孔結(jié)構(gòu)，為析氫反應(yīng)提供更多的活性位點(diǎn)。通過(guò)對(duì)所形成的納米多孔 Ni-Cu合金的析氫性能測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)， Ni20Cu10Mn70所形成的納米多孔 Ni-Cu具有最好的析氫性能。在0.15 A·cm-2電流密度下，Ni20Cu10Mn70制得的納米多孔 Ni-Cu合金析氫過(guò)電位為195mV；在0.1A·cm-2電流密度下，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)電解，合金電極表現(xiàn)出良好

5、的電化學(xué)穩(wěn)定性。⑶Ni20Co10Mn70前驅(qū)體合金的相組成為單一的Mn相，經(jīng)電化學(xué)脫合金化形成納米多孔Ni-Co合金，形成了“環(huán)狀”骨架結(jié)構(gòu)，其尺寸約為50~100 nm，孔徑尺寸約為幾十到幾百納米。經(jīng)對(duì)納米多孔 Ni-Co合金的析氫性能進(jìn)行測(cè)試分析發(fā)現(xiàn)，在0.15 A·cm-2電流密度下，Ni20Co10Mn70制得的納米多孔Ni-Co合金析氫過(guò)電位為192mV；在0.1A·cm-2電流密度下，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)電解，表現(xiàn)出良好的電化學(xué)穩(wěn)