以聚丙烯织物为基底的分解水镍电极的制备及性能研究

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电解水产氢被认为是一种很有发展潜力的产氢方式。实现电解水产氢过程的关键因素是选择合适的电催化剂和电极基底。贵金属及其氧化物被认为是最高效的电解水催化剂,然而成本高、储量少等原因限制其被广泛应用;过渡金属镍与贵金属相比,不仅价格便宜,而且储量丰富,电解水性能优异,被认为是可以与贵金属镍相媲美的电解水催化剂。同时,用于负载电催化剂的电极基底只有少数几种,如不锈钢、金属网和泡沫镍等,这些基底的成本很高,而且电解池的设计往往受电极的几何形状的影响,也严重限制了质子传输速率的提高、气体的有效分离等关键问题的解决。因此,在电催化剂和电极基底材料上进行延伸是非常有必要的。一次性口罩无纺布具有成本低,质地轻、透气性好,易加工的优点。本论文以口罩无纺布为媒介研究聚丙烯织物作为基底,制备电解水的电极,通过低温溶剂热法,在其表面生长Sn S2,赋予聚丙烯无纺布导电性,在Sn S2表面电化学沉积金属镍,赋予电极优良的亲水性。通过FE-SEM表征,观察到样品表面垂直生长的Sn S2纳米片及Sn S2纳米片表面附着的金属镍;在XRD中可以检测到样品中Sn S2、金属镍Ni的相关衍射峰;在接触角测试中,可以发现随着制备过程的进行,样品由疏水变为亲水,镍电极表现出优异的透水性;在线性循环伏安法测试中,在电压为2.1 vs.RHE和-0.8 V vs.RHE时,电流密度分别可达130m A/cm~2和-132 m A/cm~2,优于商用铂片电极;在长时间的析氢和析氧测试中,样品表现出良好的电化学性能稳定性和形貌稳定性;在电化学工作站-气相色谱联用测试电极产氢气和氧气的实验中,两种气体的法拉第效率均在80%左右,展现出了高效率的产氢产氧性能。实验中以成本低,质地柔软的口罩无纺布为基底,采用温和的条件,制备具有高效电极水的电极,符合绿色高效产氢、可持续发展的理念。对比了以口罩为基底制备的镍电极与其他聚丙烯织物基底(实验室用聚丙烯无纺布、FTO),不同制备方法制备(化学镀)的电极以市场上已经商用的含镍商品(泡沫镍、电磁屏蔽布)电极的电化学性能,通过SEM、XRD对样品的形貌进行表征。与其他电极的对比中,以口罩为基底的电极在催化性能、稳定性、性价比等方面表现出优势,这种低成本、高电解水性能电极在电解水方面很有发展潜力。以此电极为基础,将制备的镍电极用于电化学降解罗丹明B以模拟染整行业中印染废水的催化净化处理。镍电极展现出高效的降解性能和快速降解有机染料能力。因此,本论文中所制备的镍电极在电解水产氢和染料降解两方面均方面展现出极大的潜力和应用前景。
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