梯度Ni-Cu合金的雙極電化學(xué)制備及催化析氫性能研究.pdf

1、人類社會的發(fā)展對新能源的需求越來越大。氫能是一種高效、清潔的能源，電解水制氫是最佳的選擇之一。電解水制氫的主要問題是能耗過大。降低析氫過程的過電勢，亟待開發(fā)高性能非貴金屬的析氫催化劑。本論文分別采用常規(guī)的電沉積方法和基于雙極電化學(xué)原理的梯度電沉積方法，制備不同原子比的銅鎳合金(NixCuy)，研究合金組成與析氫催化性能的關(guān)系。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過恒電流沉積技術(shù)在銅基底上制備組成和形態(tài)可調(diào)的NixCuy納米合金，以研究合

2、金組成和電催化活性之間的關(guān)系。實驗表明，NixCuy納米合金的組成和形貌可以是由所施加的電流密度大小控制。隨著電流密度從10增加到100 mA cm-2，合金中原子比Ni∶Cu從1∶9變化到3∶1。通過在1.0 M H2SO4和1.0M KOH中的析氫反應(yīng)(HER)來評價這些納米合金之間電催化活性的差異。合金的催化活性與組成之間有著高度依賴性，而且這種依賴性在1.0 M H2SO4溶液中比在1.0 M KOH溶液更加明顯。通過調(diào)整Nix

3、Cuy合金的原子比例，在1.0 M H2SO4溶液和1.0 MKOH溶液中分別實現(xiàn)了析氫反應(yīng)交換電流密度i0的13.5和5.7倍的增加。同時，在相同的兩種介質(zhì)中觀察到電荷轉(zhuǎn)移電阻分別降低了4.5和2.0倍。當(dāng)納米NixCuy合金中原子比Ni∶Cu=1∶1時，對析氫反應(yīng)的催化效果最佳，這時納米Ni1Cu1合金由四級樹枝狀納米鏈組成。實驗結(jié)果證明，恒電流方法不僅可以調(diào)整納米合金的組成，而且可以調(diào)整納米合金的形貌，這兩者對于工業(yè)電催化劑的納米

4、尺度的設(shè)計起著重要作用。⑵使用雙極電沉積在銅基底上成功制備出了梯度NixCuy合金，該技術(shù)基于雙極電極(BPE)和電解溶液的界面之間的電勢梯度。界面電勢梯度使得Ni和Cu的電沉積速率沿著BPE的長度變化，從而得以制備出組成具有梯度的合金。使用掃描電子顯微鏡(SEM)表征電沉積物的表面形態(tài)，并且使用能量色散X射線光譜(EDX)確定合金的化學(xué)組成。隨著電勢差值的降低，Cu原子的百分比由33提升到99。通過調(diào)控NixCuy合金中原子比，在1.