纳米TiO2-Ti基复合阴极的制备及其电解水析氢性能研究

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1、分类号:O657学校代码：10697密级:公开学号：201531422硕士学位论文MASTER’SDISSERTATION纳米TiO2-Ti基复合阴极的制备及其电解水析氢性能研究学科名称：材料工程作者：席飞指导老师：亢晓峰教授西北大学学位评定委员会二〇一八年六月ThePreparationandElectrolyticHydrogenEvolutionPerformanceStudyofNanoTiO2-TiBasedCompositeCathodeAthesissubmittedtoNorthwestUniversityi

2、npartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinMaterialsEngineeringByFeiXiSupervisor:XiaofengKangProfessorJune2018摘要摘要当今社会，随着能源消耗和环境污染的加剧，越来越多的国家和地区广泛重视开发和利用可再生的氢能源。迄今为止，制氢技术中最受青睐的仍然是电解水析氢，其技术的关键在于阴极电催化剂，除了常用的贵金属之外，对负载型催化剂的研究也是愈来愈热。虽然碳作为催化剂载体最为常见，但其在酸碱溶液

3、当中很容易被腐蚀，因此开发其它更优良的阴极催化剂载体迫在眉睫。本文的主要研究内容如下：1．以提高电解水析氢性能为目标，采用循环伏安电沉积法在二氧化钛纳米管阵列上直接生长非晶态磷化镍，再在0.5mol/L硫酸溶液中测试复合电极的电催化析氢性2能，当循环次数达到50次时，Tafel斜率约为73mV/dec，在产生10mA/cm和1002mA/cm的电流密度时，所需要的过电位分别为146mV和276mV，之后又探索了电沉积参数与催化剂的形貌、性能之间的关系。2．为了研发导电性和电催化性能更好的纳米结构的二氧化钛(TiO2)，分别采

4、用氧化锌模板法和阳极氧化法在钛片表面制备了中空TiO2纳米柱(TiO2HNRs)和TiO2纳米管(TiO2NTs)。通过电化学方法对两种纳米结构的二氧化钛和钛片在0.5mol/L硫酸溶液中的电解水制氢性能进行测试。结果表明，TiO2HNRs的析氢过电位较低，由线性扫描伏安法(LSV)得到曲线拟合算出的Tafel斜率更小，表明其更有利于电催化反应的进行，且交流阻抗谱图(EIS)结果进一步显示其电子传导能力更好，故其相比较于TiO2NTs和钛片的电解水析氢性能最为优良。关键词：TiO2，磷化镍，纳米管，中空纳米柱，电催化性能，析

5、氢反应I西北大学硕士专业学位论文IIABSTRACTABSTRACTNowadays,withtheemergencyproblemofenergyconsumptionandenvironmentalpollution,excavationandutilizationofrenewableenergyarisegreatinterest.Sofar,thebestwaytoacquirehydrogeniselectrocatalytichydrogenevolution,cathodeelectrocatalystsar

6、ethekey.Thereforetheresearchonthecommonpreciousmetalmaterialsandsupportedmaterialsisincreasinglyhot.However,carboncarrieriscommonlyusedasitcanbeeasilyerodedinacidicandalkalinemediums,itisnecessarytodevelopbettercathodecatalystcarriers.Theimportantcontentsofthispape

7、rareincludedasfollows:1.Inordertoimprovethehydrogenevolutionperformanceofelectrolyzedwater,theamorphousnickelphosphidewasgrowndirectlyontheTiO2nanotubearraysbycyclicvoltammetrydeposition.Andtheelectrocatalytichydrogenevolutionperformancewastestedin0.5mol/Lsulfurica

8、cidsolution.Whenthecyclenumberwasat50times,thetafelslopewasabout73mV/dec,thehybridelectrodesgeneratedcathodiccurrentsof1022mA/cmand100mA/cmatover