镍基合金电极的制备及其催化析氢性能研究

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1、中图分类号：O646.5论文编号：102870618-SZ059学科分类号：085204硕士学位论文镍基合金电极的制备及其催化析氢性能研究研究生姓名江磊专业类别工程硕士专业领域材料工程指导教师陈亚清副教授南京航空航天大学研究生院材料科学与技术学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofMaterialScienceandTechnologyStudyontheFabricationofNickle-basedAlloy

2、ElectrodesandItsCatalyticPerformanceforHydrogenEvolutionAThesisinMaterialsEngineeringbyJiangLeiAdvisedbyProf.ChenYaqingSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外

3、，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2018-4-4南京航空航天大学硕士学位论文摘要氢气是一种公认的具有高效、清洁等特点的理想型能源，电解水制氢技术是目前工业化制氢的重要手段，研究和开发廉价、析氢过电位低、电解稳定性高、催化析氢性能优异的阴极电极材料对降低电解水制氢的

4、成本和实现大规模工业化制氢具有积极、深远的意义。本论文采用电沉积法制备出Ni-Mo合金电极，并在此基础上采用水热法合成Ni-Mo-S合金电极，通过改变制备电极的工艺条件及对电极电化学性能的测试和比较，确定制备电极的最佳实验方案，为未来设计和制备高性能能源转换与存储材料提供新的思路。论文研究内容包括：1.采用电沉积法制备出的Ni-Mo合金电极的最佳实验方案：硫酸镍浓度为0.1mol/L，柠檬酸钠浓度为0.25mol/L，钼酸钠浓度为0.05mol/L，氯化钠浓度为0.3mol/L，镀液pH值为29.7，电沉积电流密度大小为32mA/c

5、m，镀液温度为30℃，搅拌子转速为1200rad/min，电镀时间为60min。Ni-Mo合金电极在25℃，1mol/L的NaOH溶液中的电化学性能测试结果表明，2当电流密度为10mA/cm时，Ni-Mo合金电极的析氢过电位比纯Ni电极降低了200mV左右，并且具有很高的电化学稳定性。SEM观测到Ni-Mo电极镀层的表面形貌粗糙，具有许多细小裂纹。EDX和XRD测试了镀层表面的元素组成及结构，发现当Mo含量为23at%时，Ni-Mo合金电极的催化析氢性能最好。Mo元素的加入，使镀层呈现出非晶化的趋势，电极的比表面积增大，催化析氢性能

6、大大提高。2.在电沉积法制备出Ni-Mo合金的基础上，通过水热法合成了Ni-Mo-S合金电极并确定2了最佳的工艺条件。实验结果表明，当电流密度为10mA/cm时，Ni-Mo-S合金电极的析氢过电位比Ni-Mo合金电极降低了大约35mV，比纯Ni电极降低了235mV左右，电化学稳定性进一步提高。Ni-Mo-S合金电极镀层的表面形貌出现更多的细小颗粒及裂纹，当S含量为5.7at%时，Ni-Mo-S合金电极的催化析氢性能最好。镀层中S元素的加入，进一步加大了镀层非晶化的趋势，降低了镀层的晶粒尺寸，大大增加了Ni-Mo-S合金电极的催化析氢

7、性能。关键词：镍基合金电极，Ni-Mo，Ni-Mo-S，电催化，析氢I镍基合金电极的制备及其催化析氢性能研究ABSTRACTHydrogenisawell-recognizedidealenergysourcewithhighefficiencyandcleanliness.Electrolysiswaterforhydrogenproductionisanimportantmeansofindustrialproductionofhydrogen.Ithaspositiveandprofoundinfluencetostudyan

8、ddeveloplowcost,lowoverpotential,highelectrolyticstabilityandexcellentcatalyticperformancecathodematerialsforhydrogen