脉冲电镀制备Ni-Mo-X(X=W、Co)合金镀层及其析氢性能的研究

摘要

氯碱工业是耗能大户,全国氯碱行业电解用电的成本约占制碱成本的50％以上,如此高的耗电量已严重制约了氯碱工业的发展。随着能源的日趋紧张和价格上涨,如何降低能耗、提高企业的经济效益与技术水平已成为一个重要课题。目前氯碱工业已广泛采用DSA阳极,析氯过电位大幅度下降,因而降低阴极析氢过电位已成为氯碱工业节能降耗、提高企业经济效益的关键,开发与应用活性阴极迫在眉睫。
　　 本文首先采用脉冲电镀技术制备了Ni-Mo二元合金,以析氢过电位为指标考察了制备工艺条件(主盐浓度、沉积电流密度、占空比、pH值、沉积温度、频率等)对镀层组成及析氢性能的影响,采用XRD、SEM结合EDS分析了Ni-Mo合金镀层的微观结构、表观形貌和成分。在此基础上,分别加入W、Co两种元素得到了Ni-Mo-X(X=W、Co)合金电极,系统地考察了上述两种添加元素对镀层析氢性能、表观形貌、镀层结构及成分的影响。
　　 实验结果表明,在脉冲平均电流密度为30 mA/cm2,占空比为35％,pH=10,T=35℃,f(频率)=500 Hz条件下得到的非晶态Ni-Mo合金镀层析氢性能最好,镀层中Mo含量约为30wt％。在33 wt％NaOH溶液中,析氢电流密度为200mA/cm2时,其析氢电位比低碳钢的降低近200 mV。镀层表面平整、均匀,经长时间电解,伴随着镀层中Mo元素的逐渐溶出,镀层结构呈现由非晶态向晶态转变趋势。
　　 在此基础上得到的Ni-Mo-w合金电极析氢性能略有提高,工业条件下(33wt％NaOH溶液,析氢电流密度200 mA/cm2,温度80℃)其过电位比Ni-Mo二元镀层降低了14 mV,镀层中Mo含量达到40 wt％时表现为非晶态结构,经长时间电解后,电极表面没有出现鼓泡现象,稳定性极佳。相对于Ni-Mo-W合金电极,尽管Co的加入可进一步提高了Ni-Mo合金镀层的催化活性(工业条件下其过电位比Ni-Mo二元镀层降低32 mV),但所得非晶态Ni-Mo-Co合金电极的稳定性欠佳,经长时间(100 h)电解后,镀层出现明显的鼓泡现象。