泡沫镍负载硫化镍的可控制备及电催化性能研究

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能源危机的爆发和化石燃料的枯竭让人们意识到新兴清洁能源的重要性,电解水作为制备清洁能源氢能的最佳途径具有重大的研究意义。硫化镍(Ni3S2)具有成本低廉、导电性优异、稳定性良好等优点,作为电催化剂在电催化领域具有重要的应用价值和广阔的发展前景。但其制备方法繁复、本征活性低等问题制约了Ni3S2的进一步发展。本文针对此问题,采用耗时短、操作简便的液相硫化法制备Ni3S2,并对其性能进行了相关研究;针对Ni3S2本征催化活性低的问题进行改性,探究改性方法对电催化性能的影响。1.首次利用了简易、耗时短的液相硫化法实现了纯相Ni3S2的制备。研究了反应温度、反应时间对Ni3S2的物相、形貌、电催化性能的影响,并研究了Ni3S2的电催化稳定性。研究结果表明,在300℃下加热50 s可得到多孔的Ni3S2薄膜析氢过电势在电流密度为-10 m A·cm-2时为-131 m V,塔菲尔斜率为96 m V·dec-1,经过3000次CV循环、14 h持续析氢后性能未出现衰减,稳定性优异;其析氧过电势在电流密度为10m A·cm-2时为309 m V,塔菲尔斜率为111 m V·dec-1,在3000次CV循环、14 h持续析氧后性能依然稳定;对Ni3S2/NF进行14 h的全水解稳定性测试,结果表现出优秀的稳定性。2.采用液相硫化法制备了钴掺杂硫化镍((Ni1-XCoX)3S2/NF)。研究了钴掺杂对(Ni1-XCoX)3S2/NF的物相、形貌、电化学性能、电化学稳定性的影响。通过探究发现,Co掺杂可大大提高Ni3S2的电化学性能,当掺杂比例X=0.02时,得到的(Ni0.98Co0.02)3S2/NF电催化性能最佳,析氢过电势在电流密度为-10 m A·cm-2时为-109m V,塔菲尔斜率为95 m V·dec-1;(Ni0.98Co0.02)3S2/NF在经3000次CV循环、10 h持续析氢后性能未出现衰减现象,稳定性良好。3.利用以液相硫化法制备的Ni3S2作为基底,再通过热液浸渍法复合镍铁氢氧化物(Ni-Fe-OH),研究了浸渍时间对硫化镍复合镍铁氢氧化物(Ni-Fe-OH/Ni3S2/NF)的物相、形貌、电化学性能以及电化学稳定性的影响。研究发现,采用此方法可制备出Ni-Fe-OH/Ni3S2/NF,当浸渍时间为50 s时,得到的Ni-Fe-OH/Ni3S2/NF的析氧过电势在电流密度为10 m A·cm-2时为268 m V,塔菲尔斜率为54 m V·dec-1;Ni-Fe-OH/Ni3S2/NF在3000次CV循环、12 h持续析氧后性能依然稳定。
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