电沉积法制备高效稳定的镍基电解水催化剂

来源 :燕山大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:LXX_ACCP
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
电解水是制备氢气的重要工艺方法之一,实现工艺所需的电能可以通过多种可再生能源转化而来,工艺原料是地球储量丰富的水资源,是一种真正清洁的制氢手段。但自然条件下电解水反应耗能高、产氢效率低,远远不能满足工业需求。目前,通过对电解电极改性形成有催化性能的电极可以有效解决上述问题。本课题选用厚度0.2 mm的铜片作为电解电极基底,利用电化学沉积手段引入镍元素,通过调节电镀液成分、沉积电流、沉积时间等实验条件,得到了低析氢过电势的镍铜基析氢电催化剂。得到的催化剂在浓度为1 mol/L的氢氧化钾碱性溶液中达到-10 m A/cm~2电流密度仅需43 m V过电势,Tafel斜率为39 m V/dec,电化学活性面积为1313 cm~2(ECSA)。在-10 m A/cm~2持续电流密度下,制备的催化剂可以保持70小时稳定的析氢催化活性,具备较长的析氢稳定性;在-100 m A/cm~2持续大电流密度下,经过100小时超长催化过程依然保持稳定的析氢催化活性。在扫描电子显微镜下观察到,制备的镍基析氢电催化剂微观形貌呈现枝晶状,枝晶由花状团簇立体颗粒构成,该结构极大程度的增加了材料的表面积,从而提高了在电解水过程中催化电极材料与电解液的接触面积,暴露出更多的活性位点。X射线衍射结果表明了催化剂材料包含镍铜合金,相较于镍基底制备的催化剂,该催化剂具备更低的过电势以及更高的稳定性。本课题进一步研究了电沉积法制备镍基电解水析氧催化剂,在不同的沉积电流与沉积时间下制备了镍锌基析氧催化剂,得到的低析氧过电势的镍锌基析氧电催化剂在浓度为1 mol/L的氢氧化钾碱溶液中达到10 m A/cm~2电流密度仅需231 m V过电势,电化学活性面积为756 cm~2。在100 m A/cm~2持续大电流密度下,可以进行100 h超长析氧催化反应。在扫描电子显微镜下观察到,制备的镍锌基析氧电催化剂为球状颗粒,且均匀分布在泡沫铜基底的骨架上,该结构使催化剂有较大的表面积,利于材料在催化过程中暴露出更多的活性位点。EDS能谱分析及X射线衍射结果均表明了催化剂材料包含镍、锌两种元素,本文成功制备出了电化学性能优异、催化稳定性高的电解水催化剂材料。
其他文献
贝氏体钢轨中的成分偏析对力学性能影响较大,尤其是严重影响塑韧性,并导致钢轨的各向异性。在铁路不同路段和不同环境下,磨损程度差异较大,除了环境以及受力方面的影响外,与贝氏体钢轨钢的内部偏析组织也有一定的关系,而国内外对此鲜有系统研究,因此,有必要进行偏析对磨损性能的影响和组织演变的研究。本文以实际使用的含有成分偏析带的贝氏体钢轨(0.21C-0.87Si-2.32Mn)为研究对象,通过摩擦磨损、冲击
学位
近年来,由于能源的短缺,核电事业蓬勃发展,核电主管道材料也日益更新。核电主管道长期服役于高温、高压水环境中,是核电站重要的抗压装置和传输能量的通道,因此对主管道材料的性能方面有着严格的要求。本文以304HN奥氏体不锈钢主管道试验件为研究对象,通过电弧炉粗炼+钢包精炼炉精炼+电渣重熔工艺方法生产电渣锭,用水压机将电渣锭自由锻造成毛坯,并通过改锻、固溶处理试验将其处理成不同的晶粒度级别的试验料。探究晶
学位
孪生诱发塑性(Twinning-induced Plasticity,TWIP)钢具有优异的强塑性、良好的成型性及较好的抗撞击能量吸收能力等优点,受到人们的广泛关注。然而TWIP钢屈服强度较低,限制了其在工业上的广泛应用,如何提升其屈服强度是目前TWIP钢发展过程中需要重点关注的问题。本文以Fe-Mn-C及Fe-Mn-C-Si钢为对象,通过冷轧及温轧变形的方式,调控初始组织中的孪晶和位错等缺陷含量
学位
Fe-Ni基合金(32%-36%Ni)具有较低的膨胀系数,可用于制造精细的仪器仪表、电子器件等领域,然而其强度较低,可以通过第二相强化的方式来提高强度,本论文通过在Fe-33Ni合金的基础上添加质量分数为6%的Al,获得成分为Fe-33Ni-6Al的合金,Al的添加会引起组织发生变化,生成NiAl系的金属间化合物,同时可以使合金减重,使用金相显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、X射线衍射仪研究
学位
信息技术的高速发展让世界实现万物互联,同时也导致数据量呈指数倍快速增长的情况发生,并且与传统静态数据不一样的是,现在的数据具有实时、海量、易失等特点,我们称之为流数据。传统的聚类算法无法满足对这种流式数据的处理需求,所以,流数据聚类算法的研究变得尤为重要。随着分布式处理框架的出现,处理数据量大且实时的流数据变得越来越高效。同时,不同的聚类算法会产生不同的效果,如何针对某一特定数据类型的数据集合来选
学位
本文主要采用SEM、XRD、EBSD和TEM等多种组织结构表征手段,研究热轧温度、热轧压下量、热轧道次、热轧速率、热轧冷却方式等热轧工艺参数和热轧前的预处理工艺对Fe49.5Mn30Co10Cr10C0.5高熵合金显微组织的影响。实验结果表明:控制热轧工艺参数和热轧前预处理工艺,能控制热轧后的显微组织,包括相的形态、数量和分布,基体的带状结构和再结晶程度,孪晶分数,晶粒尺寸及其分布的均匀性,并获得
学位
Mg-Zn-Zr(ZK)系列镁合金是近年来备受关注的一类新型高强镁合金,其典型代表ZK60镁合金已经在诸多工业领域得到了广泛的应用。ZK30镁合金相较于ZK60镁合金铸造性能更好,冶炼成本相对低廉,但是由于主添加元素含量的降低,导致其强度和塑性低于后者,同时由于铸造过程中的凝固缺陷,进一步使得铸态ZK30镁合金的可塑性和机械性能降低。搅拌摩擦加工技术被认为是一种能够细化组织,提高材料综合力学性能的
学位
随着我国“互联网+”新经济形态的推进,社会基础资产全面互联网化,企业网络空间安全问题备受关注。为了培养学生处理学习和工作中遇到的信息安全问题的综合能力,建设一个高质量的网络安全综合学习平台是十分必要的。本文提出了一个网络安全综合学习平台的建设方案,并对网络安全实验室、网络安全学习平台网站、视频自主学习网站、攻防靶场、渗透靶场、CTF训练网站、网络攻防比赛训练平台提供解决方案。实践的结果表明,采用该
期刊
壳聚糖(Chitosan)是2-乙酰胺基葡萄糖(甲壳素)的脱乙酰基衍生物。因其具有无毒、可生物降解、相容性好、易成膜、抗菌性强等独特的优点而被广泛的应用于环保、医疗、食品等诸多领域。然而,由于壳聚糖分子间相互作用较强,分子链柔顺性差而导致其力学性能不佳,这在很大程度上限制了其应用。本文以调控壳聚糖分子间的相互作用为切入点,开展了如下研究。首先,基于氢键相互作用探索了深共晶溶剂(DES)对壳聚糖薄膜
学位
本文以Al-Mn基准晶近似相为主要研究内容,成功合成一系列复杂合金相单晶,通过单晶X射线衍射进行了结构的解析和精修,并从拓扑学角度分析了Al-Mn及Al-Mn-Ni体系中复杂合金相的基本构建单元,探索其中的联系与区别。首先,在Al:Mn原子比为2:1的高温烧结样品中发现了γ-Al8Mn5相,其晶胞参数为:a=b=12.6751(13)?,c=7.9137(9)?,α=β=90°,γ=120°,空间
学位