Mo对脱合金制备的Ni-Mo电极骨架结构与析氢性能的影响

采用快速凝固结合脱合金化方法制备了不同Mo含量的纳米多孔Ni-Mo合金,通过X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）和N₂吸附-脱附分析等对多孔合金的物相、形貌结构及孔径分布进行了表征,并通过线性扫描伏安、Tafel斜率、交流阻抗和循环伏安等方法测试了多孔合金电极的电催化析氢性能.结果显示,多孔合金电极材料在50 mA/cm²电流密度下析氢过电位随着Mo含量的增加先降低后升高,Ni_2.5Mo_2.5合金析氢活性最强,过电位为218 mV,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,交换电流密度为0.29 mA/cm²,经1000周循环后的极化曲线基本保持原状,50 mA/cm²电流密度下过电位增加3.67%,表现出优良的析氢稳定性.     

镍铜合金立方体纳米晶的脉冲电沉积及电催化析氢性能

以泡沫镍(NF)为基体, 采用常规脉冲伏安法合成了独立分相的金属Ni, Cu为主晶相、 平均粒径为70 nm的规则立方体结构镍铜合金电催化剂(NiCu/NF). 在电催化析氢反应中, NiCu/NF表现出优良的催化活性和优异的催化稳定性, 在电流密度为10 mA/cm ²时, 在1.0 mol/L KOH溶液中需要的析氢过电位仅为86 mV, 催化24 h的电位波动仅为12 mV. 二级复合纳米立方体结构使NiCu/NF展现出15.5倍于空白NF的电化学活性面积(ECSA), 为电催化反应提供了大量催化活性位点, 也为电极表面的电荷传输、 物质传递提供了充足的通道; Cu的引入以及NiO/Ni异质结的形成改善了邻近Ni原子的活性, 使镍基材料本征析氢活性得以改善, 三者协同促进了NiCu/NF电催化活性的提升. NiCu/NF电极在析氢过程中遵循Volmer-Heyrovsky机理, 反应速率由电极表面吸附氢原子的电化学脱附过程决定.     

Ni-Fe/Ti和Ni-Fe-S/Ti的制备及其电催化水分解性能

以钛网为基底,采用电沉积法制备了Ni-Fe/Ti析氧电极,然后将得到的Ni-Fe/Ti电极通过固相硫化制备了Ni-Fe-S/Ti析氢电极. 分别考察了电沉积液中Ni ²⁺/Fe ³⁺离子摩尔浓度比和硫脲加入量对Ni-Fe/Ti和Ni-Fe-S/Ti结构和电化学性能的影响. 结果表明,随着电沉积液中Ni ²⁺含量的增加,Ni-Fe/Ti电极析氧性能先增强后减弱,Ni9Fe1/Ti电极具有最好的析氧性能;随着硫脲加入量的增加,Ni-Fe-S/Ti电极析氢性能呈现先增强后减弱的趋势,Ni9Fe1S0.25/Ti电极具有最好的析氢性能. 在50 mA·cm ^-2下,Ni9Fe1/Ti电极的析氧过电位为280 mV,Ni9Fe1S0.25/Ti电极的析氢过电位为269 mV,且均具有很好的稳定性. 将Ni9Fe1/Ti与Ni9Fe1S0.25/Ti分别作为阳极和阴极进行电催化全水分解,电流密度达到50 mA·cm ^-2所需电势仅1.69 V,表现出很好的全水解催化性能.     

纳米多孔Ni、Ni3S2/Ni复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用脱合金化和水热合成的方法制备纳米多孔Ni和纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极。通过N2吸附-脱附测试、XRD、SEM、TEM等方法表征电极的孔径分布、物相和微观结构。在1 mol·L^-1的NaOH溶液中,运用线性扫描伏安(LSV)曲线、交流阻抗(EIS)谱图、恒电流电解法等测试电极的电催化析氢性能。结果表明:在电流密度为50 mA·cm^-2时,与纳米多孔Ni相比,Ni₃S₂/Ni合金具有更低的析氢过电位以及更高的析氢活性,同时纳米多孔Ni₃S₂/Ni复合电极具有更低表观活化能和电子转移阻抗,进一步明确了过渡金属硫化物对电催化析氢性能的特殊贡献。     

双金属磷化物和杂原子共修饰碳材料的制备及电催化性能

以高含氮量的苯胺五聚体二羧酸为配体, 在预氧化的泡沫镍上通过溶剂热反应合成了Fe, Co金属有机框架材料Fe/Co-MOF, 再以Fe/Co-MOF为金属源和碳源, 经磷化后制备出一种新型的双金属(Fe, Co)和杂原子(N, P)共掺杂的碳材料Fe/Co/P-NPs. 通过扫描电子显微镜和高分辨透射电子显微镜表征发现, Fe/Co/P-NPs由纳米粒子和纳米片组成, 并且形成Fe₂P和Co₂P两种晶体. 电化学测试结果表明, Fe/Co/P-NPs在析氢、 析氧及水电解中表现出了优异的多功能催化活性. 在1 mol/L KOH中, Fe/Co/P-NPs在10和100 mA/cm ²电流密度时的析氧过电位分别为270和300 mV, 均小于其它对比材料, 优于负载在泡沫镍上的RuO₂. 作为水电解双功能催化剂, Fe/Co/P-NPs仅需1.48 V的电位即可获得10 mA/cm ²的电流密度.     

纳米八面体形FeP@PC的制备及催化析氢性能

以UIO-66为载体, 经过FeCl₃化学气相沉积、 原位碳化和磷化及HF刻蚀等步骤制备了多孔FeP@PC催化剂. 利用X射线衍射仪、 场发射透射电子显微镜、 X射线光电子能谱仪和气体吸附仪等对催化剂的结构、 形貌和比表面积等进行了表征; 同时采用线性扫描伏安法和电化学阻抗谱等对其电化学性质进行了考察. 结果表明, FeP@PC保持了原UIO-66的八面体多孔结构, 比表面积为83 m ²/g; 仅需要过电位156 mV即可驱动电流密度10 mA/cm ², 塔菲尔斜率为84 mV/dec, 电荷转移电阻为44 Ω, 电化学活性表面积为13.9 mF/cm ²; 在持续电解12 h和循环1000次后, 催化剂的活性几乎没有衰减.     

介孔碳化钨纳米片团簇的制备及其电催化析氢性能

采用阳极氧化法与原位还原碳化法相结合,在电击穿条件下可控制备了具有介孔结构的碳化钨纳米片团簇(WC NFs)。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N₂吸附-脱附测试表征其物相、微观结构和孔径分布。在1 mol·L^-1H₂SO₄溶液中采用线性扫描伏安法、循环伏安法、计时电流法以及交流阻抗谱测试催化剂的电化学性能。结果表明,在650℃下还原碳化所制备的WC NFs具有最佳的电催化析氢性能,在电流密度为10 mA·cm^-2时过电位η₁₀仅为150 mV,Tafel斜率为56 mV·dec^-1,并具有良好的循环稳定性。     

多孔Ni@Ni2P纳米棒的制备及其电氧化尿素性能

以棒状二水合草酸镍(NiC₂O₄·2H₂O)为前驱体，通过简单易控的磷化操作制备多孔Ni@Ni₂P纳米棒电催化剂，利用TEM、XRD、XPS等表征手段对其微观形貌和结构进行探究，并在含有尿素的碱性电解液中进行电化学(UOR)测试，评估其电氧化尿素的活性和稳定性。结果表明：利用磷化调控可制备出由纳米颗粒组装形成的多孔棒状Ni@Ni₂P；多孔Ni@Ni₂P纳米棒电催化剂在三电极体系中，在10 mA/cm²的电流密度下过电位仅为55 mV，具有较低的塔菲尔斜率86.3 mV/dec，在9小时的稳定性测试中，电流密度几乎无衰减；且在两电极体系测试中具有优异的电催化UOR活性(1.417 V,10 mA/cm²)和稳定性(8小时测试中，可保持初始值的86.7%)。     

SnO2/GDE阴极的制备及电催化还原CO2产甲酸性能

采用低温水热合成法制备了碳纸基底的SnO₂气体扩散电极(SnO₂/GDE), 并对其物化特性与催化还原CO₂产甲酸性能进行了研究. 扫描电子显微镜、 X射线衍射及X射线光电子能谱表征结果表明, 在60, 75, 100 ℃下制备的催化剂均为分散性良好的纳米SnO₂粉体, 其粒径分别为7.9, 11.8和12.9 nm. 循环伏安、 线性扫描伏安和电化学交流阻抗测试结果显示电极均具有优异的电催化活性, 其电化学活性表面积分别为150, 470, 240 cm ², 通过等效电路拟合后电阻分别为8.5, 3.9, 6.6 Ω·cm ². 在-1.8 V(vs. SCE)电位下电解, 通入电量500 C时, 电极都具有较高电催化还原CO₂产甲酸性能, 而75 ℃下制备的电极性能最佳, 产甲酸电流密度为22.8 mA/cm ² , 产甲酸法拉第效率高达93.5%; 该电极经过20 h长时间电解后, 产甲酸电流密度可维持在12.8 mA/cm ² , 产甲酸法拉第效率稳定在约65%.     

复合材料NiOx-ZSM-5的制备及微生物电解池催化析氢性能

在Na₂O-TPABr-Al₂O₃-SiO₂-H₂O溶胶体系中加入碳球, 采用水热晶化法合成ZSM-5分子筛载体, 负载镍盐制备复合材料NiO_x-ZSM-5. 利用X射线衍射(XRD)、 扫描电子显微镜(SEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线光电子能谱(XPS)、 氮气吸附-脱附和电化学测试等手段对样品进行表征, 利用微生物电解池(MEC)评价其催化析氢性能. 结果表明, 在碳球作用下ZSM-5分子筛为纳米粒子聚集的椭球形貌, 介孔比表面积和介孔孔容明显增加. 浸渍焙烧后的黑色斑点NiO_x覆盖在晶隙形成的介孔表面和分子筛的表面. 相比于纯NiO, 镍盐浸渍量为40%的复合材料中多价态镍氧的吸收峰向高结合能方向移动, 多价态镍、 铝原子和氧空位活性位数量明显 增多, 显著提高了复合材料的电催化活性, 使其具有较高电流密度(8.45 mA/cm²)和较低起始析氢过电位 (151 mV), 优于NiO电极. 在MEC运行周期内, 复合材料的平均析氢电流密度为(28.64±7.4) A/m², 总产气量为(52.67±1.64) mL, H₂纯度为(89.07±0.06)%, 略高于商用Pt/C电极[(89.05±0.05)%], 产氢效率(0.571 m³?m^-3?d^-1)和库仑效率[(76.7±5.4)%]与Pt/C阴极相近, 表明复合材料是一种低成本和高效率的析氢材料.     

"三明治夹心"型Ni-P@Ni-B/Ni电极的制备及高效全pH下的催化制氢性能

通过化学镀法制备了具有“三明治夹心”结构的Ni-P@Ni-B/Ni催化电极. 该催化材料为直径1 μm左右的微球. 电化学性能测试结果表明, 在电流密度为10 mA/cm ²时, 其在0.5 mol/L PBS缓冲液(pH=7)中的过电位仅为287 mV, 在此电位下连续工作24 h后, 电流密度仅衰减了7.6%. 同时Ni-P@Ni-B/Ni在酸性(0.5 mol/L H₂SO₄)和碱性(1 mol/L KOH)条件下也具有优异的析氢反应催化活性, 达到相同电流密度时过电位分别为199和79 mV. 该工作为全pH环境下高效电解水制氢提供了新思路.     

尖晶石型过渡金属硫化物CuCo2S4与MoS2复合材料的制备及电催化析氢性能

通过简单的三步水热法实现尖晶石型过渡金属硫化物CuCo₂S₄与MoS₂的复合, 以三维多孔泡沫镍(NF)为基底, 制得自支撑催化电极MoS₂@CuCo₂S₄-Ni₃S₂/NF. 高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、 X射线衍射(XRD)、 X射线光电子能谱(XPS)、 扫描电子显微镜(SEM)及透射电子显微镜(TEM)表征结果表明, MoS₂纳米片层密集均匀地生长在CuCo₂S₄-Ni₃S₂纳米棒表面, 并形成多级核壳结构. 其碱性条件下(1 mol/L KOH)的电催化析氢性能研究结果表明, MoS₂与CuCo₂S₄的复合和特殊形貌的构筑有效提高了电化学活性面积和电子传导效率, 达到10, 100和300 mA/cm²电流密度分别仅需116, 231和282 mV的过电位, 经2000次循环伏安扫描后, 100 mA/cm²电流密度所对应的过电位仅增大6%, 展现出优异的电催化析氢催化活性及较好的稳定性.     

多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物的制备与析氢性能

采用快速凝固结合脱合金化的方法制备了纳米多孔Ni、Ni-Mo合金及其氧化物电极材料,通过XRD、SEM、TEM、BET等对电极的物相、形貌结构、孔径分布进行表征,通过线性扫描伏安法、Tafel斜率和计时电位等方法测试多孔电极的电催化析氢性能。结果显示,制备的电极材料在10 mA·cm-2电流密度下Ni-Mo合金析氢活性最强,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,其表观交换电流密度为0.25 mA·cm-2,经10 000 s恒电流密度(100 mA·cm-2)电解后析氢过电位(η)仅增加39 mV,表现出优良的析氢稳定性。Ni-Mo合金电极比表面积的提高和本征催化活性的改善使其获得了更低的析氢过电位。     

CoFeOx/MoO2准平行纳米阵列电极的析氢性能

利用CoFe层状双金属氢氧化物(CoFe LDH)准平行纳米片阵列作为载体前驱体,通过原位负载及煅烧方式,实现了含有氧空位的MoO₂纳米颗粒在纳米片阵列表面的生长。电化学研究结果表明,所得CoFeO_x/MoO₂纳米阵列电极具有高析氢反应(HER)催化活性。该电极在10和1 000 mA·cm^-2时的HER过电位分别为40和217 mV。在50 mA·cm^-2的电流密度下,该电极可以稳定运行125 h。     

碳布载Ni_3N纳米片阵列阳极材料的制备及析氧活性

通过水热法在碳布基底上生长了氢氧化镍纳米片陈列[Ni(OH)2NAs/CC],并以其为前驱物,合成了Ni3N NAs/CC纳米片阵列,构建了无需黏结剂的三维自支撑电极.采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)等对复合电极表面的结构、组成和形貌进行了测试和表征.结果表明,与Ni(OH)2NAs/CC相比,Ni3N NAs/CC电极表面粗糙度和孔隙率变大,电化学有效面积增加;线性扫描及Tafel曲线等电化学测试结果表明,Ni3N NAs/CC电极的析氧活性大幅提高,析氧电位下降可达280 m V,且表现出了良好的稳定性.     

RuO2修饰纳米多孔Ni-Mo复合电极及其电催化析氢性能

采用脱合金化结合胶体聚沉的方法制备了纳米多孔Ni/RuO_2、Ni-Mo/RuO_2复合电极材料。通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)对电极材料的物相、元素组态、形貌结构、孔径大小和结晶度进行表征,并通过线性扫描伏安、交流阻抗以及循环伏安等方法测试多孔电极的电催化析氢性能。分析结果显示:RuO_2由于聚沉作用包覆在Ni基合金的骨架表面。Mo的加入使Ni-Mo合金非晶化的同时,促使其骨架细化,形成双连续的纳米多孔结构。Mo与RuO_2的加入以及Mo含量的增加均提高了电催化析氢性能。纳米多孔Ni_(2.5)Mo_(2.5)/RuO_2复合电极在50 mA·cm~(-2)的电流密度下析氢过电位为182 mV。     

Ni-Co/RuO2复合电极的制备及其电催化析氢性能

采用快速凝固结合去合金化的方法制备纳米多孔Ni-Co合金,利用RuO_2对Ni-Co合金进行表面修饰,通过X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对多孔材料进行物相分析和形貌表征,并通过线性扫描伏安法、多电位阶跃法、交流阻抗法和恒电流电解法测试多孔电极的电催化析氢性能。结果表明,Ni-Co/RuO_2复合电极材料在50 mA·cm~(-2)电流密度下析氢过电位为180 mV,析氢过程由Volmer-Heyrovsky步骤控制,交换电流密度为4.42 mA·cm~(-2),经10 h恒电流电解后电位仅增加20 mV,表现出良好的析氢稳定性。     

泡沫镍负载Ni/Fe磷化物电催化性能研究

使用硫酸镍、硝酸铁、磷酸二氢铵和柠檬酸钠在泡沫镍为载体的基底上,采用电沉积方法制备出泡沫镍负载Ni磷化物(nickel phosphide)和泡沫镍负载Fe磷化物(iron phosphide)两种电催化剂,通过SEM测试表征催化剂的结构及形貌,并通过电化学测试催化剂的析氧和析氢及催化活性等参数。研究结果表明：在100mA/cm²电流密度下,Ni磷化物工业过电位为349mV,相较于Fe磷化物催化活性性能高了33%;Ni磷化物和Fe磷化物的催化面积(C_dl)值分别为27.01 mF/cm²和3.64 mF/cm²,Ni磷化物较Fe磷化物的活性面积提高近10倍。     

两步电沉积构建NiFe/Ni3S2/NF分级异质电极用于大电流密度析氧反应

通过简便的两步电沉积法在泡沫镍表面有效复合非晶态Ni₃S₂材料与富缺陷的NiFe双金属羟基氧化物,从而构建了NiFe/Ni₃S₂/NF三维分级纳米异质电极。受益于非晶态Ni₃S₂和富缺陷NiFe材料的结构和催化优势,以及异质界面的强电子相互作用,使得NiFe/Ni₃S₂/NF催化电极表现出优异的析氧催化性能:达到100 mA·cm^-2时的析氧过电位仅为273 mV,远优于大多数已报道的Ni/Fe基复合材料。值得注意的是,在1 mol·L^-1KOH溶液中,仅需~372 mV的过电位即可稳定输出1000 mA·cm^-2的高电流密度达27 h以上。     

核壳结构Ru@PtRu纳米花电催化剂的制备及碱性氢析出反应性能研究

本文通过分步还原Ru、Pt前驱体,制备了以Ru为核、PtRu合金为壳的Ru@Pt_0.24Ru纳米花电催化剂,其平均直径为16.5±4.0 nm. 利用高分辨电子显微镜、电感耦合等离子体原子发射光谱和X射线光电子能谱等表征了这种电催化剂的结构和组成. 在1 mol·L ^-1 KOH水溶液中,核壳结构Ru@Pt_0.24Ru/C纳米花氢析出反应的过电位为22 mV（@10 mA·cm ^-2）,耐久性测试后过电位增加至30 mV（@10 mA·cm ^-2）,明显优于商业Pt/C电催化剂（初始值：60 mV@10 mA·cm ^-2,耐久性测试后：85 mV@10mA·cm ^-2）. 显著提高的电化学活性可能源于核壳结构Ru@Pt_0.24Ru纳米花的电子效应和几何效应,耐久性的改善可能源于核壳结构Ru@Pt_0.24Ru纳米花结构的稳定性.