镍硫析氢活性阴极的电化学制备及其电催化机理

以硫代硫酸钠作为硫源, 在基本的瓦特浴镀液体系中通过恒电流电沉积方法获得了不同晶体结构的镍硫合金活性阴极. 通过能量散射谱(EDS)、X射线衍射(XRD)以及扫描电子显微镜(SEM)对镀层的化学成分、晶体结构以及表面形貌进行了分析, 并对活性阴极的电催化活性以及析氢过程机理进行了研究. XRD测试结果表明, 随着镀层中硫含量的变化, 镀层的晶体结构呈现出非晶态/Ni3S2混晶和金属间化合物(Ni3S2)两种晶体结构, 其中, 硫含量为33.9%(原子分数)的非晶态/Ni3S2混晶结构的活性阴极在碱性溶液中具有很好的析氢活性, 其优良的析氢活性主要来自于Ni3S2很强的吸附氢能力. 交流阻抗的测试结果表明, Ni3S2金属间化合物的析氢过程只存在一个电化学反应步骤, 而非晶态/Ni3S2混晶镍硫合金活性阴极的析氢过程存在三个电化学反应步骤.     

镍锡析氢活性阴极的电化学制备及其在碱性溶液中的电催化机理

采用恒电流电沉积法在铜箔基底上获得镍锡合金镀层电极. 电子能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)以及高分辨透射电镜(HRTEM)分析表明, 随着锡含量的增加, 镀层由镍晶胚与非晶镍锡构成的非晶态结构转变为Ni₃Sn₄与Ni₃Sn₂的混晶结构. 扫描电镜(SEM)分析发现, 非晶结构镍锡合金电极表面粒子分布均匀且粒径细小, Ni₃Sn₄与Ni₃Sn₂混晶结构的镍锡合金电极表面粗糙且断面呈分层自组装结构. 在25℃, 1 mol·L^-1 NaOH溶液中的稳态极化曲线表明非晶结构的镍锡合金电极具有良好的催化活性, 其析氢过电位仅为85 mV. 交流阻抗测试表明, 非晶以及混晶结构的镍锡合金在析氢电催化反应过程中由电化学吸附(Volmer)以及电化学脱附(Heyrovsky) 两个电荷转移过程控制, 且非晶结构电极相比于Ni₃Sn₄与Ni₃Sn₂混晶结构电极的高活性源于其活性氢具有更快的电化学吸附以及脱附速度.