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Ni基合金复合LaNi₅多孔电极的制备及其在碱性介质中析氢性能研究

作　者: 段钱花
导　师: 王森林
学　校: 华侨大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 镍基合金 LaNi5 复合电沉积析氢反应电催化稳定性
分类号: TQ116.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

氢能由于其较高的燃烧热，且可以同时满足资源环境和可持续发展的要求是其它能源所不能比拟的，所以备受关注。作为新型二次能源，它在氢镍（MH-Ni）电池、燃料电池等领域也有广泛的应用。水电解是常用的制H2方法，但由于目前的析氢电极具有较高的过电位和稳定性较差而导致能耗大，限制了其大规模生产。故提高电极的析氢催化活性和电催化稳定性具有很大的意义。本文通过一步复合电沉积法在修饰过的Watts镀液中分别制备了Ni/（Al+LaNi₅）、Ni-P/（Al+LaNi₅）、Ni-S/（Al+LaNi₅）等复合电极，通过浸入60℃6mol/L的浓碱NaOH溶液中除去Al，分别得到多孔Ni/LaNi₅、Ni-P/LaNi₅、Ni-S/LaNi₅复合电极。通过扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X-射线衍射仪（XRD）等仪器表征了镀层的表面形貌、元素组成以及相结构。通过阴极极化（LSV）、循环伏安（CV）、电化学阻抗（EIS）等方法测试了电极在20wt%NaOH溶液中的电催化性能和电极反应表观活化能，实验表明，多孔复合电极具有更大的比表面积、更低的起始析氢电位和更低的表观活化自由能。通过恒电位长时间电解和恒电位间断电解测试了电极的电解稳定性和抗断电稳定性，并通过长时间电解后开路电位、阳极极化等实验探索了多孔复合电极具有更高稳定性的原因。实验表明，储氢合金粉LaNi₅颗粒由于具有很强的吸附氢的能力，使得在断电的时候，吸附的氢慢慢释放出来，阻止了电极表面被氧化，即起到了保护作用。且LaNi₅颗粒复合到镀层中，由于几种材料带来的正协同效应使得它具有更加有效的电催化电极表面。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章绪论  9-27
  1.1 氢能的意义和 H2的制备方法  9-11
    1.1.1 开发氢能的意义  9
    1.1.2 H_2的制备方法  9-10
    1.1.3 水电解制备 H_2的基本原理  10-11
  1.2 水电解析氢电极的研究概况  11-16
    1.2.1 Fe 基合金析氢电极  11-12
    1.2.2 Ni 基合金析氢电极  12-16
  1.3 储氢合金  16-19
    1.3.1 储氢合金的分类  16-18
    1.3.2 贮氢合金吸氢反应机理  18-19
    1.3.3 储氢合金的应用  19
  1.4 Ni、Ni-P、Ni-S 合金的沉积机理  19-21
    1.4.1 Ni 的沉积机理  19-20
    1.4.2 Ni-P 的沉积机理  20-21
    1.4.3 Ni-S 的沉积机理  21
  1.5 电极的制备  21-24
    1.5.1 基材的选择  21-22
    1.5.2 基体材料的前处理  22
    1.5.3 镀液配方  22-23
    1.5.4 电化学沉积的参数  23
    1.5.5 镀后处理  23-24
  1.6 本论文的研究意义和内容  24-27
    1.6.1 研究意义  24
    1.6.2 研究内容  24-25
    1.6.3 创新点  25-27
第2章实验方法与仪器  27-33
  2.1 主要试剂和仪器  27-28
  2.2 电极的制备  28-30
    2.2.1 实验装置  28-29
    2.2.2 电极前处理  29
    2.2.3 固体粉末的预处理  29
    2.2.4 多孔复合电极的制备  29-30
  2.3 表征方法  30-33
    2.3.1 扫描电子显微镜（SEM）和能谱（EDS）  30
    2.3.2 X 射线衍射（XRD）  30
    2.3.3 电化学性能测试  30-33
第3章多孔 Ni/LaNi_5复合电极的制备及其电催化析氢性能  33-47
  3.1 多孔 Ni/LaNi_5复合电极的制备  33
  3.2 不同镀层的表面形貌和结构  33-35
  3.3 电极的析氢电催化性能  35-41
    3.3.1 线性极化曲线  35-38
    3.3.2 循环伏安曲线  38-39
    3.3.3 电化学阻抗  39-41
  3.4 电极的稳定性  41-42
    3.4.1 恒电位长时间电解  41
    3.4.2 恒电位间断电解  41-42
  3.5 电极稳定性原因探讨  42-44
    3.5.1 电极长时间电解后开路曲线  42-43
    3.5.2 电极不饱和吸附氢和饱和吸附氢小范围阳极极化曲线  43-44
  3.6 电极耐腐蚀性探讨  44-45
  3.7 本章小结  45-47
第4章多孔 Ni-P/LaNi_5复合电极制备及其电催化析氢性能  47-59
  4.1 多孔 Ni-P/LaNi_5复合电极的制备  47
  4.2 不同镀层的表面形貌和结构  47-49
  4.3 电极的析氢电催化性能  49-54
    4.3.1 线性极化曲线  49-51
    4.3.2 循环伏安曲线  51-52
    4.3.3 电化学阻抗  52-54
  4.4 电极的稳定性  54-55
    4.4.1 恒电位长时间电解  54
    4.4.2 恒电位间断电解  54-55
  4.5 电极稳定性原因探讨  55-57
    4.5.1 电极长时间电解后开路曲线  55-56
    4.5.2 电极不饱和吸附氢和饱和吸附氢小范围阳极极化曲线  56-57
  4.6 本章小结  57-59
第5章多孔 Ni-S/LaNi_5复合电极制备及其电催化析氢性能  59-71
  5.1 多孔 Ni-S/LaNi_5复合电极的制备  59
  5.2 不同镀层的表面形貌和结构  59-61
  5.3 电极的析氢电催化性能  61-65
    5.3.1 线性极化曲线  61-62
    5.3.2 循环伏安曲线  62-65
  5.4 电极的稳定性  65-66
    5.4.1 恒电位长时间电解  65
    5.4.2 恒电位间断电解  65-66
  5.5 电极稳定性原因探讨  66-68
    5.5.1 电极长时间电解后开路曲线  66-67
    5.5.2 电极不饱和吸附氢和饱和吸附氢小范围阳极极化曲线  67-68
  5.6 电极耐腐蚀性能  68-69
  5.7 本章小结  69-71
第6章结论  71-73
参考文献  73-79
致谢  79-81
个人简历、攻读硕士学位期间论文发表情况  81

Ni基合金复合LaNi5多孔电极的制备及其在碱性介质中析氢性能研究

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