水电解用新型Ni基非晶态析氢阴极材料的研究

摘要

电解水制氢是现有已成熟的制氢技术中最具应用前景的一种技术.但是,目前工业使用的Fe、Ni电极导致电能消耗居高不下,要实现大规模应用,降低阴极的析氢过电位成了迫在眉睫的任务.在目前广泛研究的可以替代上述两种电极的Ni基合金中,Ni-S合金以种种优点成了研究的热点.为进一步提高Ni-S合金的活性及稳定性,该文在较为系统地研究Ni-S合金析氢阴极的基础上,首次向Ni-S镀液中分别添加Co和稀土元素,研制了非晶态Ni-S(La)和非晶态Ni-S-Co合金电极. 首先,采用改进的Watt浴体系,以CS(NH<,2>)<,2>为硫源进行电镀.首次详细地研究了电镀过程中主要工艺参数(硫脲浓度、电流密度、pH值和温度等)对Ni-S合金镀层组成的影响.结果表明,随着硫脲浓度的增加、电流密度的降低、pH值的降低和温度的提高,镀层中的S含量不断增大.X射线衍射(XRD)结合扫描电镜(SEM)分析表明,镀层结构是由S含量决定的.镀层S含量较低时,镀层表面呈球状颗粒,是Ni的晶态;随着镀层中S含量的增加,镀层表面的颗粒逐渐变得平滑,S含量为20 mass﹪左右时,镀层表面非常平滑,变成非晶态结构;S含量进一步提高时,镀层表面分布着不规则颗粒,镀层变成Ni<,3-x>S<,2>晶态结构.其次,该文针对非晶态Ni-S、Ni-S(La)和Ni-S-Co合金可作碱水电解活性阴极的特点,着重研究了它们的电化学活性.

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1前言

1.2电解水用析氢阴极材料的发展现状

1.2.1镍合金电极的分类

1.2.2镍合金电极的性能比较

1.3非晶态材料的结构、特性及研究方法

1.3.1非晶态材料的结构、特性

1.3.2镀覆法制作非晶态材料的种类

1.3.3非晶态材料的研究方法

1.4选题依据及本文的主要工作

1.4.1选题依据

1.4.2本文的主要工作

参考文献

2电沉积法制备Ni-S、Ni-S(La)和Ni-S-Co合金电极

2.1引言

2.2电沉积Ni-S合金工艺条件

2.2.1实验方法及材料

2.2.2电镀工艺研究

2.2.3镀层组织结构与成分的研究

2.2.4 Ni-S合金析出过程的晶体学探讨

2.2.5 Ni-S合金镀层析出机理浅析

2.3电沉积Ni-S(La)合金的工艺条件

2.3.1实验方法及材料

2.3.2析氢过电位的测试方法

2.3.3正交试验设计1

2.3.4正交实验设计2

2.3.5镀层结构的研究

2.3.6非晶态Ni-S(La)镀层成分的测定

2.3.7添加LaCl3对电沉积阴极过程的影响

2.4电沉积Ni-S-Co合金的工艺条件

2.4.1实验方法及材料

2.4.2析氢过电位的测试方法

2.4.3正交试验设计

2.4.4镀层结构的研究

2.4.5非晶态Ni-S-Co镀层成分的测定

2.4.6Ni-S-Co合金镀层析出理浅析

2.5本章小结

参考文献

3非晶态Ni-S、Ni-S(La)和Ni-S-Co合金电极的电化学性能

3.1前言

3.2电化学测试方法

3.3稳态极化曲线测定电极电化学参数的理论

3.4 Ni-S、Ni-S(La)、Ni-S-Co合金电极的析氢反应活性

3.4.1 Ni-S合金电极的电化学性能

3.4.2非晶态Ni-S(La)合金电极的电化学参数

3.4.3非晶态Ni-S-Co合金电极电化学参数的测定

3.4.4电解对Ni-S、Ni-S(La)、Ni-S-Co合金电极结构与成分的影响

3.5非晶态Ni-S、Ni-S(La)、Ni-S-Co合金电极与其它电极电化学性能的比较

3.5.1电极的制作

3.5.2不同电极的极化特性

3.5.3不同电极的恒电流极化曲线

3.6本章小结

参考文献

4非晶态Ni-S(La)和Ni-S-Co合金电极的热稳定性

4.1引言

4.2 Ni-S(La)、Ni-S-Co非晶态合金镀层的热分析

4.3热处理晶化过程

4.4热处理对电极析氢反应活性的影响

4.4.1电化学测试方法

4.4.2热处理后Ni-S(La)、Ni-S-Co合金电极的电化学性能

4.5本章小结

参考文献

5非晶态Ni-S-Co和Ni-S(La)合金电极的析氢反应机理

5.1前言

5.2析氢反应(HER)电极过程的研究结果

5.3 Ni-S-Co和Ni-S(La)合金电极的稳态极化特性

5.3.1不同温度下的Tafel曲线

5.3.2不同pH值下的Tafel曲线

5.4中间态粒子的研究

5.4.1断电流法

5.4.2循环伏安法

5.4.3电位阶跃法

5.5本章小结

参考文献

6非晶态Ni-S(La)和Ni-S-Co合金电极的应用特性

6.1前言

6.2电极的机械性能

6.3电极的耐蚀性

6.3.1浸渍实验测定镀层腐蚀失重率

6.3.2自腐蚀电位

6.3.3阳极极化曲线

6.4非晶态Ni-S(La)和Ni-S-Co合金电极的电化学稳定性

6.4.1连续电解

6.4.2间歇电解

6.4.3大电流电解

6.5本章小结

参考文献

7结论

致谢

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