泡沫镍负载非贵金属析氢电极的制备及性能研究

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氢气作为唯一的无污染可再生能源,是继煤炭、石油和天然气等非可再生能源之后新一代被广泛采用的能源载体。泡沫镍(NF)是一种商业化的三维开孔、孔隙与金属骨架相互连通的功能金属材料,多应用于镍氢电池电极材料、燃料电池等领域。这类材料具有大的电化学反应界面,在电化学析氢电极材料方面具有较大的应用前景。本文以泡沫镍为研究对象,通过电沉积方法对其微结构和化学成分进行修饰,探究在泡沫镍表面依次沉积适当厚度Ni,Cu和Co的金属薄膜对其电催化析氢活性的影响规律。并进一步研究了以这类泡沫镍为基底,表面负载有功能性多组元合金层的复合孔状电极的析氢活性,建立了涂镀层工艺-退火温度/时间-电催化析氢活性之间的关系。本文的主要研究内容如下:1.在电镀铜溶液中以三维泡沫镍网为基底,分别以不同的电流密度(0.01,0.03,0.05A/cm2)进行恒电流沉积,对沉积所得电极进行表征测试,发现不同沉积电流导致铜在泡沫镍表面的覆盖率不同,泡沫镍镀铜后的析氢性能比纯泡沫镍要差,随着铜电沉积电流的增大,产生的析氢电流则变小,即(NF> NF/Cu0.01> NF/Cu0.03> NF/Cu0.05)2.在电镀钴溶液中以三维泡沫镍网为基底,以不同的电流密度恒电流沉积,并对沉积所得电极进行表征测试,发现不同沉积电流使钴在泡沫镍表面覆盖率不同;随着钴电沉积电流的增大,产生的析氢电流增大,即(NF/Co0.05> NF> NF/Co0.03> NF/Co0.01)。3.在电镀镍溶液中以三维泡沫镍网为基底,以不同的电流密度恒电流沉积,并对沉积所得电极进行表征测试,发现在镍网表面镀镍析氢时,在电沉积电流中间值处得到的电流最大,即(NF/Ni0.03> NF/Ni0.05> NF>NF/Ni0.01)。4.在镍网表面以0.01A/cm2的电流密度先电沉积铜,然后在不同的电流密度下依次电沉积钴/镍,通过循环伏安和极化测试,发现当两种元素先后沉积到泡沫镍的表面时,电极NF/Cu0.01/Co0.05表现出更好的析氢活性和稳定性。5.首先在镍网表面采用0.01A/cm2电流密度进行铜沉积,随后在不同电流密度下依次电沉积钴/镍,同时通过调控退火温度(100,300,500℃)和后续退火处理时间(1,3,5h),发现对于通过电沉积方法得到的二/三元表面修饰复合析氢电极,在退火温度为300℃、退火时间为3h时,NF/Cu0.01Ni0.01的析氢性能最佳。
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