非晶态Ni-S-Co合金的制备和电化学性能

用电沉积方法制备非晶态Ni-S-Co合金镀层,研究了镀层的电化学性能.结果表明,与非晶态Ni-S合金相比,Co的引入可提高镀层中S的含量.在析氢反应中非晶态Ni-S-Co合金电极具有很高的电化学活性,电流密度为150 mA·cm-2时其析氢过电位仅为70 mV,比非晶态Ni-S合金低20 mV.在长时间电解过程中S发生溶出反应有助于提高电极的表面粗糙程度,是提高电极析氢活性的重要原因之一.在析氢过程中,非晶态Ni-S-Co合金电极吸附大量的H原子,使反应的活化能降低,这是其析氢活性高的主要原因.非晶态Ni-S-Co合金镀层的析氢机理为电化学脱附机理,即-快速的Volmer反应(电化学步骤)和一较慢的Heyrovsky反应(电化学脱附步骤).     

电沉积制备Ni-S涂层电极的研究

以泡沫镍为基体电沉积制备了Ni-S涂层电极.通过对电流密度、电沉积温度、电沉积时间和镀液pH值等条件对涂层析氢性能影响的研究,确定了适宜的电沉积工艺条件;电极涂层的XRD、SEM测试结果表明涂层为非晶态结构、表面颗粒大小均匀且具较大表面积;电解过程中出现了Ni3S2由非晶态向晶态的转变,由于Ni3S2具有较强的吸附氢能力,是析氢反应的催化活性中心,电解过程中Ni3S2的出现降低了电极的析氢电位.模拟电解水实验结果表明泡沫镍基Ni-S涂层电极较Raney-Ni电极具有更好的析氢活性.     

析氢催化电极的研究现状

综述了析氢反应中高催化活性电极的现状，并对析氢催化机理进行了评述。     

非晶态Fe-Mo合金在碱性溶液中的电催化析氢活性

研究了电沉积制备的非晶态Fe-Mo合金(组成分别为Fe82Mo18、Fe74Mo26和Fe71Mo29)电极在30％KOH溶液中，303～343K的温度范围内的析氢催化性能。三种非晶态合金都显示出较好的催化析氢活性。温度为343K，析H2电流密度为300nA／cm^2时的析H2过电位为150～157mV。非晶态Fe82Mol8、Fe74Mo26和Fe71Mo29合金上析H2反应的表观活化能分别为57．18，47．33，102．28kJ／mol。     

电沉积非晶Ni-Fe-P涂层析氢催化性能研究

采用直流电镀技术,通过改变电沉积电流密度制备了不同的非晶Ni-Fe-P涂层。采用稳态极化技术比较不同电流密度下电镀Ni-Fe-P合金涂层电化学催化析氢活性,发现电流密度200A/m2电沉积的Ni-Fe-P合金涂层的电化学催化析氢性能最好。通过XRD分析镀层相结构,SEM观察涂层表面的微观结构及EDX分析表面成分,研究影响非晶Ni-Fe-P合金涂层的析氢电催化活性原因。结果表明,影响非晶Ni-Fe-P合金涂层电催化活性的主要因素是镀层中Fe、P元素含量。当Fe的含量最大18.63%(原子分数),P的含量最小13.14%(原子分数)时,非晶Ni-Fe-P涂层电催化析氢活性最好。2     

泡沫镍负载NiFeMoCu析氢阴极电极材料的电化学制备研究

以泡沫镍(NF)为基板,分别通过恒电位法(i-t)和计时电位法(CP)沉积镍铁钼铜四元合金,经去合金化处理,获得了具有高催化活性的析氢阴极电极材料NiFeMoCu/NF。电沉积过程设计了6种电解液配方进行优选,去合金化处理时采用恒电位法(i-t)分别进行了金属铜的原位溶出和独立溶出。结果表明:参照配方4的物料配比组织电解液,以计时电位法沉积四元合金,经铜的独立溶出后制得了由纳米颗粒堆积而成团簇状结构的析氢电极材料。在1mol/L KOH溶液中,催化电流密度为10mA/cm~2时,NiFeMoCu/NF电极的析氢过电位仅为65mV,其高催化活性主要归因于镍铁钼铜四元合金的金属间协同作用。     

深共晶溶剂中电沉积制备Co-Fe-Gd/NF电极及其析氢性能研究

为了制备出在碱性环境中具备高效能的廉价析氢电极催化剂,选择不同的沉积电位在氯化胆碱-尿素(ChCl-urea)中电沉积制备出五种Co-Fe-Gd/NF电极催化剂。通过扫描电镜(SEM)和光谱仪(EDX)对电极表面形貌、元素含量及分布情况进行表征,X射线光电子能谱(XPS)对电极表面化学性质进行表征。结合线性扫描伏安法(LSV)、电化学阻抗技术(EIS)和循环伏安法(CV)电化学测试结果,表明-1.24 V沉积电位下制备的Co-Fe-Gd/NF-3电极具备优异的析氢催化性能,在10 mA·cm^-2时的过电位仅为71 mV,最小的塔菲尔斜率(45 mV·dec^-1)与电荷转移电阻(0.28503Ω·cm^-2)表明其具备更快的析氢反应动力学过程,电化学活性表面积(ECSA)最大为390.5,为析氢过程提供更多的反应活性位点。对电极进行循环伏安耐久性测试与计时电流法(I-t)测试,结果表明Co-Fe-Gd/NF-3电极催化剂在碱性环境中稳定性良好。     

高催化活性析氢电极的制备现状

对高催化活性析氢电极的各种制备方法(如电沉积法、去合金法、化学镀、复合镀、溅射法及机械合金化等)进行了归纳,并指出了今后析氢电极的发展趋势.     

非晶Nd-Ni-B/NF稀土复合电极材料的制备及其析氢性能

本研究采用简单的一步化学沉积法制备非晶纳米Nd-Ni-B/NF稀土复合电极并研究其析氢(Hydrogen evolution reaction, HER)性能。通过各种测试方法对纳米电极材料进行物相分析和形貌表征,并探索其电催化析氢性能和稳定性。结果表明, 稀土Nd可提高电极的电催化析氢性能, 当硝酸钕浓度为3 g?L^-1时, 恒温35 ℃下施镀1 h, 制备的Nd-Ni-B/NF电极析氢性能最佳。Nd-Ni-B/NF(Nickel foam)电极在1.0 mol?L^-1KOH 溶液中, 20 mA?cm^-2电流密度下的析氢过电位仅为180 mV, Tafel斜率为117 mV?dec^-1, 析氢反应由Volmer-Heyrovsky步骤控制。此外, Nd-Ni-B/NF电极具有优越的电化学稳定性, 在持续电解12 h或2000次循环伏安测试后, 催化剂的活性没有明显衰减。     

非晶态MmNi5.20合金薄膜的制备及析氢反应电催化性能的研究

用离子束溅射法制备非晶态ＭｍＮｉ＿（５．２０）合金薄膜。该非晶态合金薄膜在３０ｗｔ％ＫＯＨ，７０℃作析氢反应电极。实验结果表明，该电极不但具有良好的析氢电催化活性和电化学稳定性，而且具有很好的抗氢脆和抗粉化能力。交流阻抗分析表明，非晶态ＭｍＮｉ＿（５．２０）合金电极析氢反应过程主要由电化学反应步骤控制。     

Co-Mn掺杂碳气凝胶的制备与性能

为探究不同碳化温度对Co-Mn掺杂碳气凝胶（Co-Mn/CA）电催化析氢性能的影响,以资源丰富且可再生的木质纤维素为碳源、四水乙酸钴为钴源、四水乙酸锰为Mn源,通过水热法制备出Co-Mn/CA。研究发现,纤维素气凝胶碳化后表面形貌发生改变,由片层结构转变为多孔结构,使其活性位点数量增多,电催化析氢活性增加。通过XRD和N₂吸-脱附对其结构进行了表征处理分析,结果表明,经碳化处理后的CA产物以无定型碳为主,经900℃碳化处理后的CA（CA-900）比表面积和总孔隙体积均为最大,分别为958 m2g-1和0.33 cm3·g-1。电化学性能测试表明,Co-Mn/CA-900表现出最好的电催化析氢反应（HER）催化活性,在1 mol/L KOH电解液中、50 mA·cm-2的电流密度下,具有175 mV的过电势,经过10 h的计时电位测试,压降仅为7%,表现出较好的电催化析氢稳定性。      

MoS_(2)/Ru异质结构的制备及其电催化析氢反应性能EI北大核心CSCD

二维层状二硫化钼(MoS_(2))是一种非常有前景的替代贵金属铂的电水解制氢催化剂。然而,MoS_(2)电子导电性较差,且在碱性氢析出反应(HER)中对水分子吸附/裂解的活化能垒较高,限制其在碱性电水解的应用。通过一步水热法将MoS_(2)纳米片均匀生长在三维导电碳布(CC)上,以有效提高电极导电性。随后在RuCl_(3)的乙醇溶液中通过溶剂热法可控制备超小Ru纳米颗粒负载MoS_(2)纳米片,形成CC@MoS_(2)/Ru异质结构。Ru的负载能有效促进水吸附/裂解反应,从而和MoS_(2)协同催化HER。采用X射线粉末衍射(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)等方法对MoS_(2)/Ru进行结构和形貌表征。结果表明:MoS_(2)呈纳米片状交错生长在碳布上,并且超小Ru纳米颗粒(平均粒径2.5 nm)均匀负载在MoS_(2)纳米片上。将CC@MoS_(2)/Ru作为工作电极,石墨棒和Hg/HgO电极分别为对电极和参比电极进行碱性HER测试。在电流密度为-10 mA·cm^(-2)下的过电位仅为71.3 mV,Tafel斜率为104.8 mV·dec^(-1)。通过对其进行计时电位滴定法稳定性测试,发现在恒电流密度-10 mA·cm^(-2)下能够维持至少35 h而没有明显性能衰减。     

非晶态Ni-W-WC复合镀层的制备及镀层性能研究

在非晶态Ni—W合金镀液中加入WC微粒，采用复合电沉积工艺制各非晶态Ni—W—WC复合镀层，井考察了复合镀层在碱性介质中的电催化析氢性能。结果表明，复合镀层中WC微粒的含量随镀液中WC微粒的浓度和电流密度的增加而增加；加入WC微粒后所获得的复合镀层仍然是非晶态结构；复合电板的电催化析氢性能明显优于Ni—W合金电板，性能的提高与其较高的比表面积和较低的析氢反应标准活化自由能有关。     

Amorphous Catalysts and Electrochemical Water Splitting: An Untold Story of Harmony

In the near future, sustainable energy conversion and storage will largely depend on the electrochemical splitting of water into hydrogen and oxygen. Perceiving this, countless research works focussing on the fundamentals of electrocatalysis of water splitting and on performance improvements are being reported everyday around the globe. Electrocatalysts of high activity, selectivity, and stability are anticipated as they directly determine energy‐ and cost efficiency of water electrolyzers. Amorphous electrocatalysts with several advantages over crystalline counterparts are found to perform better in electrocatalytic water splitting. There are plenty of studies witnessing performance enhancements in electrocatalysis of water splitting while employing amorphous materials as catalysts. The harmony between the flexibility of amorphous electrocatalysts and electrocatalysis of water splitting (both the oxygen evolution reaction [OER] and the hydrogen evolution reaction [HER]) is one of the untold and unsummarized stories in the field of electrocatalytic water splitting. This Review is devoted to comprehensively discussing the upsurge of amorphous electrocatalysts in electrochemical water splitting. In addition to that, the basics of electrocatalysis of water splitting are also elaborately introduced and the characteristics of a good electrocatalyst for OER and HER are discussed.     

非晶Co-W-B/碳布复合电极材料的制备及其电解水催化性能

通过湿化学还原在碳布(CC)表面沉积非晶Co-W-B催化活性物质,制备一种自支撑Co-W-B/碳布(Co-W-B/CC)复合电极材料。电化学研究结果表明,Co-W-B/CC材料在NaOH溶液(1 mol/L)中表现出良好的电解水催化性能。制备过程中[WO₄^2-]/([WO₄^2-]+[Co²⁺])比值为50%的Co-50W-B/CC样品其催化活性最高：10 mA/cm²时的OER过电位为0.394V,OER过程的Tafel斜率为96.8 mV/dec;-10 mA/cm²时的HER过电位为0.098 V,HER过程的Tafel斜率为117.4 mV/dec。对电化学阻抗的分析结果表明,本征催化活性和电化学活性面积两者的提高,使Co-50W-B/CC样品在较低的电流密度下具有与贵金属基材料相近的催化活性。     

基于NiMoCo层状双金属氢氧化物的电催化剂和超级电容器电极

本文通过调控Ni,Mo,Co三种元素的摩尔比得到一系列高效双功能电催化剂.其中,Co元素特定的氧吸附位点(Co^2+-O-Co^3+)可有效提高催化剂的活性.Mo元素在温和反应条件下具有较好的氧化还原能力.Ni是另一种高活性过渡金属.与其他材料结合可有效增强催化剂的氧化还原活性和储氧能力.所制备的NiMoCo层状双金属...     

Preparation and electrochemical properties of nickel oxide as a supercapacitor electrode material

Hydrothermal synthesis has been introduced to fabricate NiO precursor at different temperatures, then nanostructured NiO with a distinct flake-like morphology was obtained via heating at low temperature. The NiO nanoflakes are 50-80 nm in width and 20 nm in thickness. The electrochemical capacitive characterization of the as-prepared NiO was studied in 2 M KOH electrolyte solution. The as-prepared NiO exhibits excellent cycle performance and keeps 91.6% initial capacity over 1000 charge-discharge cycles. Electrochemical impedance spectroscopy study reveals that the NiO electrode is controlled by the mass transfer limitation, and its internal resistance is 0.2 Ω. A specific capacitance approximate to 137.7 F g⁻¹ could be achieved at the current density of 0.2 A g⁻¹ in the potential window of 0-0.46 V in 2 M KOH electrolyte solution, due to higher surface area of NiO nanoflakes, which facilitates transport of electrolyte ions during rapid charge/discharge process. Due to higher surface area of NiO nanoflakes, which facilitates transport of electrolyte ions during rapid charge/discharge process.