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.     

氯化胆碱-尿素体系中电沉积Ni-Fe-Sm析氢催化电极研究

采用恒电位电沉积技术,在氯化胆碱-尿素体系中制备Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极并研究其析氢(HER)性能。通过阴极极化曲线(LSV)、循环伏安曲线(CV)等电化学测试方法及SEM等表征技术,研究沉积条件对稀土合金电极的析氢性能及其表面形貌的影响。结果表明,添加稀土元素Sm能够有效提升合金电极的析氢性能。在-1.22 V的沉积电位下,沉积20 min制备的Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极析氢性能最佳。在10 mA/cm²电流密度下,稀土合金电极的析氢过电位仅115 mV,Tafel斜率最小,析氢反应受Volmer-Heyrovsky反应控制。且该条件下制备的Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金具备最高的双电层电容,电催化活性表面积最大。通过交流阻抗法(EIS)可知,Ni-Fe-Sm/Cu合金电极具有较高电荷转移速率。此外,Ni-Fe-Sm/Cu稀土合金电极在碱性介质中具有较好的稳定性,在经过1000圈的循环侧安测试,电催化析氢性能没有明显变化。     

脉冲电沉积制备Ni-W-Fe-La纳米晶析氢电极材料

脉冲电沉积合金层较为复杂,目前尚未实际应用。采用脉冲电沉积技术制备了Ni-W-Fe-La纳米晶合金析氢镀层,利用扫描电镜、X射线衍射仪、能谱仪等设备测试了合金镀层的形貌、结构和组成。研究了制备工艺对镀层析氢性能的影响。确定了合金镀层的最佳制备工艺条件:机械搅拌下,控制平均电流密度Jm=5A/dm2,峰值电流密度Jp=14A/dm2,占空比R为35%,脉冲频率f=150Hz,pH值6.0～6.5,脉冲时间30min,镀液温度35℃。结果表明:制备的Ni-W-Fe-La镀层为纳米级镀层,其晶粒尺寸为48.73nm;稀土La元素的加入能够明显改变镀层表面形貌、晶粒尺寸以及镀层的耐蚀和析氢电催化活性,析氢电位比直流电沉积所得的同类镀层明显正移。     

Ni-S-Co涂层电极的制备及其电化学性能的研究

采用电沉积的方法以泡沫镍为基体制备出非晶Ni-S-Co合金电极.用电化学测试方法分析涂层的电化学行为.结果表明,较好的制备涂层电极条件为: CoSO4·7H2O掺杂浓度为10g/L,电流密度为50mA/cm2,温度为50℃,电沉积时间为40min,pH值为4.当电解电流密度为1200A/m2时,非晶Ni-S-Co合金电极的极化电位较非晶Ni-S合金电极低95mV,较Ni金属电极低405mV;根据Tafel曲线计算出Ni、非晶Ni-S以及非晶Ni-S-Co电极的表面活化能分别为49.5、40.3和38.6kJ/mol.Ni-S-Co电极具有更高的交换电流密度和更低的析氢活化能,因此具有更高的析氢催化活性.     

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     

超声电沉积制备Ni-TiN涂层及其耐腐蚀特性研究

利用超声电沉积的方法,在低碳钢基体表面制得Ni-TiN涂层。用原子力显微镜、高分辨率透射电子显微镜、X射线衍射仪及扫描电镜对Ni-TiN涂层的微观形貌、组成及耐腐蚀特性进行研究。结果表明,超声波功率的增加,可使Ni-TiN涂层中的晶粒得到细化。Ni-TiN涂层的TiN粒子均匀镶嵌于镍晶粒中,基质镍晶粒得到细化,其Ni晶粒和TiN颗粒均为纳米数量级,其平均粒径分别约为80和30 nm。腐蚀试验表明,Ni-TiN纳米涂层的腐蚀速率很小,其平均腐蚀速率为1.9×10-5kg/(m2·h),其表面更加平整,腐蚀孔较少。     

钛表面阴极微弧电沉积制备氧化铝涂层

采用阴极微弧电沉积在钛表面生成了厚度达100μm的氧化铝涂层,研究了不同电压下涂层的结构和组成,分析了涂层的生长规律和形成过程.结果表明：阴极微弧电沉积过程包括火花前、微弧和局部弧光三个阶段,期间伴随有Al（NO3）3的离解、Al（OH）3的沉积与高温烧结等反应,微弧区产生的高温高压是形成Al2O3涂层的关键.涂层主要由γ-Al2O3和α-Al2O3组成,随电压升高,α-Al2O3的含量逐渐增加,在400V时其含量达76%.     

脉冲喷射电沉积纳米结构镍涂层研究

采用脉冲喷射电沉积法在45钢基体表面制备了纳米结构镍涂层，研究了平均电流密度对涂层性能的影响。用扫描电镜和X射线衍射仪对涂层表面形貌和晶粒尺寸进行分析，并对涂层进行耐腐蚀性试验。结果表明，平均电流密度为39．8A／dm^2。时涂层最致密，镍涂层平均晶粒尺寸最小．为13．7nm；经过脉，中喷射电沉积后，耐腐蚀性能明显提高。     

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。     

电沉积超细Cu粉粒径控制机制研究

本文探讨了电沉积过程中超细铜粉的粒径控制机制。结果表明：电流密度、pH值的改变对阴极过电位影响显著，电解液浓度的改变对阴极过电位无显著影响；而过电位的变化直接引起粉体粒径的变化；在阴极过电位高的条件下。粉体粒径较小，而在阴极过电位低的条件下，粉体粒径较大，通过控制过电位可以实现对超细铜粉粒径的控制。     

电镀Ni－S合金的析出过程及非晶态结构的形成

研究了在含有硫代硫酸钠（Ｎａ２Ｓ２Ｏ３）的镀液中电镀Ｎｉ－Ｓ非晶态合金的条件。结果表明，Ｎｉ－Ｓ合金镀膜的成分随着电流密度、镀液中Ｎａ２Ｓ２Ｏ３的含量、镀液ｐＨ值的变化而变化，但镀膜结构则由镀膜中硫含量所决定。根据Ｘ射线衍射分析，含硫量为１５－３０ａｔ％的镀层具有非晶态结构。此外还对Ｎｉ－Ｓ合金镀膜的形成过程及电镀条件与镀膜形成的关系进行了研究。     

电沉积铁镍纳米合金薄膜的结构和性能研究

采用电沉积方法从硫酸盐体系镀液中沉积得到Fe18Ni82合金薄膜.运用扫描电子显微镜(SEM),原子力显微镜(AFM),透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射分析(XRD)以及磁测量设备分别对薄膜的表面形貌、显微结构和磁性能进行表征和测量.同时利用万能材料试验机和显微硬度计测量了薄膜的力学性能.结果表明:电沉积制备的Fe18Ni82合金薄膜成分均匀,表面平整、光亮、致密,晶粒大小为40～50 nm.薄膜是以Ni为溶剂原子,Fe为溶质原子的置换型固溶体,只存在单一的fcc相,Fei8Ni82合金薄膜沿(111)面有较强的择优取向.镀态Fei8Ni82合金薄膜在50 Hz交流磁场下,测得其饱和磁感应强度为1.08 T,最低矫顽力为20 A/m.19 μm厚的纳米晶薄膜的断裂应力达到785MPa,显微硬度达到605Hv.     

泡沫镍基镍硫合金涂层形貌、结构和析氢性能研究

在含有柠檬酸、硫脲和少许糖精的Watt镀液中,用电沉积的方法在镍泡沫基体上制备了镍硫合金涂层.各层涂层的形貌用SEM分析,各层硫量的分布用EDX测量.第1层涂层的结构用XRD测定.对各种电极包括镍泡沫基、镍网基上镍硫涂层电极,空白镍泡沫、镍网电极等的极氢电位进行了测量,研究了不同温度下镍泡沫基镍硫涂层电极的析氢活性.结果表明,镍泡沫基Ni-S涂层电极的析氢活性比镍网基Ni-S涂层电极活性高得多.镍泡沫各层硫量呈梯度的分布规律,由表及里硫含量逐步降低,中心层硫含量最低.各层表面微细颗粒大小及其均一性不相同,第1层的颗粒尺寸大于其它层的颗粒,其大小均一性也较其它层差.镍硫涂层是镍和Ni3S2组成的非晶态,使涂层具有丰富的表面积和氢气析出反应的活性中心.在加热的电解液中,在60℃以下和60℃以上的温区内电极析氢反应的机制不完全一样,受温度影响的程度也不一样.4000A/m2、90℃时,这种电极的析氢电位比15℃时析氢电位低180mV.     

恒电位电化学沉积Fe-Pt-B合金薄膜的研究

Fe-Pt合金薄膜作为最具有发展潜力的高密度磁记录材料而成为研究的热点．通过循环伏安法，得到了Fe-Pt-B合金薄膜最佳沉积电位。在优化条件下，采用电化学沉积法制备了Fe-Pt-B合金薄膜。利用X荧光光谱仪（EDX）、振动样品磁强计（VSM）和透射扫描电镜（SEM）对薄膜的组成、磁性能和形貌进行了初步研究．结果表明Fe-Pt合金薄膜中B的掺入可以增强薄膜的结晶度．     

铬铵矾电沉积铬中阻氢剂的阻氢作用

为阻止氢离子在电沉积铬过程中与三价铬离子竞争析出,提高金属铬电沉积效率,选用1631这种含氮的阳离子表面活性剂作为阻氢剂,在硫酸铵 硼酸介质中扫描极化曲线,利用极化曲线法研究1631在铬电极表面的阻氢作用,以析氢过电位为指标,选取1631浓度、溶液pH值、温度和搅拌速度为影响阻氢效果的4因素,设计L9(34)的正交试验.经优化,确定1631阻氢的最佳试验条件为:1631浓度20 mg/L,温度45℃,pH值2.4,搅拌速度0.42 mL/s.在该工艺条件下,对含有20 mg/L 1631的硫酸铬铵进行电沉积铬,金属铬沉积的电流效率提高了12.23%,1631起到了很好的阻氢作用.研究表明,1631是提高铬电沉积效率的有效阻氢剂.     

Aluminizing nickel foam by a slurry coating process

A simple, one-step slurry coating technique was used to aluminize open cell nickel metal foam at low temperature and short hold-down time. Three slurries of different composition, heat-treated at 650 °C for 2 h, were used to investigate the possibility of developing an aluminide coating on a commercially produced Ni foam. In all cases a dense, well-adhered to the Ni substrate aluminide coating of several μm thickness was produced. The thickness and aluminide phase and composition (NiAl and/or Ni₃Al) of the coating strongly depend on Al content and the mix of activators in the slurry.     

Effect of pulse frequency and current density on anomalous composition and nanomechanical property of electrodeposited Ni-Co films

Effect of pulse frequency and current density on the anomalous cobalt content and nanomechanical property of the electrodeposited nickel-cobalt (Ni-Co) films has been investigated. The composition, morphology, phase and hardness of the Ni-Co alloy films were examined by scanning electron microscope with an attached energy dispersive X-ray spectroscope, X-ray diffraction and nanoindentation techniques, respectively. The different Co composition of the Ni-Co films codeposited from the fixed sulfamate-chloride bath is subject to the pulse frequencies and current densities. The frequencies varied from 0 to 100 Hz and current densities varied from 1 to 20 ASD (ampere per square decimeter). The Co composition has no significant variation in pulse electrodeposition but it is greatly influenced by current densities from 22.53% at 1 ASD decreased to 13.39% at 20 ASD under DC codeposition. The mean hardness of Ni-Co films has no eminent change at a pulse frequency of 10-100 Hz but it decreases with current densities from 8.72 GPa (1 ASD) to 7.13 GPa (20 ASD). The smoother morphology can be obtained at higher pulse frequency or lower current density. Good Ni-Co films with high hardness and smooth morphology can be obtained by reducing current density and increasing pulse frequency.     

应用纳米压痕法测量电沉积镍镀层残余应力的研究

应用纳米压痕法测量残余应力的2种理论模型对5种电沉积镍镀层中的残余应力在不同压痕深度处进行了测量,并与X射线衍射法的测量结果进行了比较.结果表明,压深位于薄膜/基底界面处的2种压痕法测量结果与X射线衍射法的测量结果相近,且Yun-Hee模型与其符合得更好.