过渡金属氢氧化物与硫化物电极的制备及其电催化水分解性能
电解水制氢工艺简单、产品纯度高，被认为是未来理想的制氢技术。电解水因电极极化导致过电压大，制氢成本高，催化剂可以有效解决这一问题。过渡金属催化剂价格低廉，催化潜力大，作为电催化水分解催化剂得到广泛关注。本文制备了系列过渡金属氢氧化物与硫化物电极，并探究其HER/OER催化性能。 本文首先采用计时电流法(Amperometic i-t Curve，Ai-t)，电沉积制备了系列无粘结剂的Ni-Fe/Ti析氧电极，镍铁氢氧化物纳米颗粒紧密包裹钛网。电极催化活性随着沉积液中Ni含量的增加先增大后减小，Ni/Fe摩尔比为9∶1时，电极显示出最好的OER催化活性，在0.1mol·L-1KOH中，Ni9Fe1/Ti电极在电流密度为50mA·cm-2时的过电位为280mV，对应Tafel斜率为29.6mV·dec-1。镍铁双金属的协同作用提升了电极催化活性。 以硫脲为硫源，采用固相硫化法对Ni9Fe1/Ti电极进行硫化，制备了系列Ni9Fe1S/Ti电极。催化剂颗粒团聚，呈现NiS2与NiSO4(H2O)6的晶相结构。硫化极大提升了电极的析氢催化活性，探究硫化温度及硫脲加入量对电极析氢催化活性的影响，在0.1mol·L-1KOH中Ni9Fe1S0.25/Ti电极在电流密度为50mA·cm-2时过电位仅269mV，对应Tafel斜率为121.5mV·dec-1。Ni9Fe1/Ti电极与Ni9Fe1S0.25/Ti电极作为阳极与阴极进行全水分解反应，电流密度为50mA·cm-2的全水分解所需的电压约为1.69V。 采用水热法合成了系列多元金属硫化物(M-Mo)S2/NF电极(M=V，Co，Ni，V/Ni，V/Co，Co/Ni)，探究金属离子比对电极析氢催化活性的影响。在系列双金属硫化物中，在1mol·L-1KOH溶液中，M(V，Co，Ni)∶Mo=0.5∶9.5时，电极的过电位η-50均接近103mV;在0.5mol·L-1H2SO4溶液中，M(V，Co，Ni)∶Mo=1∶9时，电极过电位η-50均接近177mV。金属间的协同作用对电极催化活性有促进作用。三元金属硫化物同样具有较好的析氢催化性能，其中，V10Ni10Mo80S/NF电极在1mol·L-1KOH溶液的析氢催化活性最好，过电位η-50为102mV;V5Ni5Mo90S/NF电极在0.5mol·L-1H2SO4溶液中的析氢催化活性最好，过电位η-50为169mV，较Mo-S/NF减小28mV。多金属硫化物电极因为金属离子的相互作用，电极析氢催化性能得到提升，同时电极显示出良好的电催化稳定性。
电极催化剂;过渡金属氢氧化物;过渡金属硫化物;计时电流法;电沉积;催化活性
北京化工大学
硕士
化学工程与技术
银凤翔
2019
中文
TQ426.6
2019-09-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）