NiCoP合金纳米棒阵列制备及电催化析氢性能研究

开发非贵金属析氢电催化剂对于解决当前严重的能源危机具有现实意义.本文在导电金属基底泡沫镍上原位生长NiCoP纳米棒阵列,该自支撑合金电极材料显示出优异的电催化析氢性能,在1 mol/L氢氧化钾电解液中,达到电流密度10 mA/cm2时,其仅需要过电位93 mV,此外该催化剂还具有较低的塔菲尔斜率、电荷迁移电阻和较高的催化稳定性.     

纳米针阵列多孔材料3D CoP@CC的制备与电催化析氢性能研究

采用水热法在碳布基底上沉积了前驱体,然后在Ar气气氛中加热并用次磷酸钠在300～350℃磷化得到了纳米针阵列多孔材料3D CoP@CC,并分析了所得样品的物相、微观结构和电催化性能.XRD分析结果表明所得材料本体为正交结构的CoP,SEM分析结果表明所得阵列结构纳米针的直径在100 nm以下,长度约为10μm.电催化性能分析结果表明,制备所得该3D CoP@CC作为催化材料在0.5 mol/L硫酸溶液中表现出优异的电催化析氢性能,当电流密度为10 mA·cm-2时,过电位为124 mV.Tafel斜率为84.9 mV/dec,说明该3D CoP-CC电催化析氢的控速步为Volmer反应.从阻抗图谱可以看出有两个不完整的半圆弧,表明其具有两个时间常数,CPE2-P=0.5019意味着粗糙和多孔的电极表面产生了双层电容,电荷较难穿透,表明了阻抗的来源主要是传质与传荷.     

高价态W掺杂对NiFe磷化物全分解水制氢催化活性影响的研究

近年来，通过光伏辅助电催化(PV-EC)分解水制备“绿氢”成为实现碳中和目标的关键。然而，普通电解水催化剂不能满足PV-EC系统中较高的太阳能到氢能(STH)转换效率的需求。因此，获取价格低廉、低反应过电势的电催化剂材料极为重要。本文选取具有高价态的过渡金属W作为掺杂源，采用一步电沉积方法制备出NiFeW三元金属磷化物。通过一系列的表征发现，NiFeW磷化物电催化剂表现出优异的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)活性，且作为双功能电催化剂时，在10 mA/cm²电流密度下W掺杂后样品的过电势降低了51 mV。使用NiFeW磷化物作为双功能电催化剂和太阳能电池(a-Si∶H/a-SiGe∶H/a-SiGe∶H)作为驱动源，PV-EC器件实现了超过7%的理论STH转换效率，对推动太阳能分解水制氢装置的实际应用具有重要意义。     

铂/铜合金催化剂的制备及其电解水析氢性能研究

面对化石能源危机问题，清洁高效的氢能源受到人们的广泛关注，电解水制氢成为新的研究热点。本文主要围绕铂/铜合金催化剂的合成、表征及其电解水析氢催化应用展开研究。采用溶剂热法合成铂/铜合金，通过XRD、SEM、TEM、EDS、XPS等表征铂/铜合金的组成结构和微观形貌，对铂/铜合金的构效关系进行探索。利用电化学测试系统测得铂/铜合金不同条件下的析氢催化性能。在0.5 mol/L H₂SO₄中，铂/铜合金的起始过电位为20.3 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为37.56 mV·dec^-1;在1 mol/L磷酸缓冲盐溶液(PBS)中，铂/铜合金的起始过电位为35.0 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为52.12 mV·dec^-1;在1 mol/L KOH中，铂/铜合金的起始过电位为25.3 mV(10 mA·cm^-2时),塔菲尔斜率为36.82 mV·dec^-1。对比发现，铂/铜合金在酸性电解质中展...     

最优实验条件下碳纳米管膜电极的制备

利用微波等离子体化学气相沉积(MPCVD)方法,在附着有催化剂的石墨片衬底上原位沉积了碳纳米管膜电极.通过正交设计方法综合研究了反应温度、镍膜厚度、沉积时间、甲烷流量对碳纳米管膜电化学性能的影响.结果表明:不同条件下制备的碳纳米管膜的电化学性能有很大差异,其中起主要作用是甲烷流量和反应温度.保持工作压强(6.5×103 Pa)和氢气的流量(100 sccm)不变,温度为700~800 ℃时,甲烷流量为5 sccm,Ni膜厚度为150 nm,生长时间为5 min,所得碳纳米管膜电极电化学性能最佳,氧化峰电流最大,达到14 nA.     

高效Mo-Ni5P4双功能电催化剂的制备及其电解水性能研究

电催化制氢通过析氢反应(HER)和析氧反应(OER)同时产生氢气(H₂)和氧气(O₂),是一种高效且环境友好的产氢方式。但现阶段商业化的高效催化剂价格昂贵且储量较少，限制了电解水技术的大规模应用。因此，开发低成本、高稳定和环境友好的高效电催化剂，特别是基于非贵金属材料的磷化物电催化剂，成为近期研究热点。本研究通过水热和相对较低的磷化温度成功制备出了具有镂空纳米花结构的Mo掺杂Ni₅P₄催化剂。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对Mo-Ni₅P₄催化剂进行了表征，并研究了Mo-Ni₅P₄材料的电化学性能。研究发现，所合成的催化剂凭借掺杂对电子结构的改变，以及多孔纳米片的大表面积优势，提高了HER水解离步骤的速率。在碱性电解液中，Mo负载下的Ni₅P₄仅需116 mV的析氢过电位就可实现10 mA·cm^-2的电...     

六方相氧化钨的合成及其电催化还原氢的研究

以钨酸钠为原料,硫酸胍为辅助剂,在强酸性反应体系通过水热法合成了氧化钨纳米纤维.利用XRD、SEM、TEM、EDS等对产物进行了表征.结果表明:当体系中钨酸钠与硫酸胍的摩尔比为6∶1时,在反应温度为170℃和反应时间48 h的条件下获得六方晶系的氧化钨纳米纤维,纤维的平均直径为30 nm,长度为1～3 μm.采用循环伏安法对样品的电催化性能进行分析,以硫酸胍为辅助剂获得的六方相氧化钨(hex-WO3)对氢具有很强的电催化还原活性,在燃料电池等领域具有潜在的应用价值.     

CoP纳米片制备及其电催化产氢性能的研究

高稳定性的催化剂对于规模化电催化产氢起着关键的作用.因此,采用简单的方法合成CoP纳米片,其表现出优越电催化活性和稳定性. CoP纳米片采用水热法和在氩气中磷化法制备的,纳米片的厚度为100～300 nm.CoP纳米片在0.5 M H2SO4的电解质中,表现出良好的电化学产氢性能,起始过电为～75 mV,塔菲尔斜率为～39. 67 mV/decade,当电流密度为10 mA· cm-2,过电压为～125 mV,经过1000次的循环后,保持良好的稳定性能.     

Cu@PtCu催化薄膜的构筑及氧还原催化性能研究

采用喷涂或转印方法制备的质子交换膜燃料电池催化层存在活性不均匀或活性位点易失效的问题。本研究用静电纺丝法制备高导电性的柔性碳纳米纤维薄膜，然后将析氢电位较高的Cu以脉冲电沉积的方式均匀沉积到纤维膜上，制备出Cu纳米晶/碳纳米纤维膜，最后通过原位置换还原，合成Cu@PtCu/碳纳米纤维(Cu@PtCu/CNF)催化薄膜。Cu@PtCu/CNF催化薄膜解决了催化层活性不均的问题，且可以直接作为催化层使用。采用SEM、XRD、XPS等对其形貌、结构进行了表征。电化学测试结果表明，在pH=4、氯铂酸浓度为0.25 mg·mL^-1时获得的Cu@PtCu/CNF催化薄膜，其面积比活性为49 m²·g^-1。在5 000个循环的稳定性测试后，电化学活性比表面积保持74%,半波电位下降了9 mV,均优于商业Pt/C催化剂。     

双金属磷化物NiCoP的次磷酸盐还原法制备及其表征

以六水合氯化镍(NiCl2·6H2O)、六水合氯化钴(CoCl2·6H2O)和次亚磷酸钠(NaH2PO2·H2O)为原料,采用次磷酸盐还原法合成双金属磷化物NiCoP.通过X射线衍射(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、透射电子显微镜(TEM)及氮气吸附-脱附分析对所制备样品的物相、结构进行了表征.结果表明:所制备产物双金属磷化物NiCoP纳晶为六方晶相无特定形貌的颗粒,颗粒尺寸约为10～50 nm.对所得样品吸附性能测试发现,本法制备的双金属磷化物NiCoP对有机染料具有较好的吸附脱除性能.