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1、28安阳师范学院学报2004年析氢催化电极的研究概述1,23甘雄,马稳(1.武汉大学化学系,湖北武汉430072;2.钦州师专,广西钦州535000;3.河南信阳师范学院化学化工学院,河南信阳464000)[摘要]综述了析氢反应中高催化活性电极的研究现状,并对其研究前景进行分析。[关键词]析氢反应;电极材料;催化活性[中图分类号]O646.54[文献标识码]A[文章编号]1671-5330(2004)05-0028-04出元素性质与析氢反应电催化活性有关:过渡金0引言属具有未成对的d电子和未充满的d轨道,具有能源和
2、环境是人类社会可持续发展涉及的最良好的催化活性;电催化反应的速度取决于吸附主要问题。目前全球80%的能量需求来源于化作用的能量;金属晶格能影响析氢电催化活性。石燃料,这最终必将导致化石燃料的枯竭,而其使这对析氢电催化剂的选择和设计具有重要的指导用也将导致严重的环境污染。从化石燃料逐步意义。转向利用可持续发展无污染的非化石能源是发展活性氢阴极材料主要有两类:(1)贵金属(2)的必然趋势。氢是理想的清洁能源之一也是重要镍基材料,它包括镍金属,镍基合金,镍基复合材的化工原料,受到世界各国广泛的重视。电解水料,多孔镍等。大
3、量文献曾报道过贵金属Pt族元[4]制氢是实现工业化、廉价制备氢气的重要手段。素具有优异的电催化活性,其氢超电势低,但是+贵金属价格昂贵,不能大量投入使用。因此,众多对于析氢反应(2H+2eH2或2H2O+2eH2+2OH-1),在电化学或光化学过程中存在的研究者都致力于镍基材料的研究。阴极极化,称为氢超电势(GH),GH的存在使电解文献中报道了大量的过渡金属的二元或三元22[5]合金具有高的催化活性。MJDEIZ等人以软钢或光解的槽电压增大,能耗增加。为了降低电解能耗,行之有效的办法是降低氢的阴极析出电位。为基体,
4、在酸性(pH=4.5)硫酸盐与氯化钾镀液中制备出Ni-Zn或Ni-Co-Zn合金,经碱处理因而研究开发新型廉价的、高催化活性的析氢电后,Zn溶解,能使表面积增大1000~2000倍,因而催化材料,具有重要的理论意义和现实意义。使氢超电势降低。这是制备高催化活性电极材料1高活性催化电极材料的选择及性能的常用方法之一。DEBrown等人[6]报道了70e2的30%KOH溶液,以1A/dm电流密度析氢时GH1.1过渡元素金属的合金电极材料2对于析氢电催化反应,最早进行这方面探索的数据为:对Ni-V,Co-Mo,Ni-W,
5、Ni-Mo,Fe的人是Kita,他曾把过渡金属电极材料的析氢反-Mo其GH2分别为-120,-120,-134,-89,-应交换电流密度I0与电极材料元素的原子序数181mV.其中Ni-Mo合金作阴极时,GH最低。2[1]0[7][8]联系起来,发现各种金属的lgI值基本上是原Gala和Conway用电镀法研制的Ni-Mo-V和[2]子序数的周期函数。EngelBrewer价键理论指Ni-Mo-Cd电极有较高的析氢活性,但是镀液中出,d轨道未充满或半充满的过渡系左边的金属V和Cd的化合物有毒,废镀液的处理困难。[9
6、](如Fe、Co、Ni)同具有成对的但在纯金属中不适Raj用电镀法制备的Ni-Mo-Fe电极也有较高合成健的d电子的过渡系右边的金属(如W、Mo、的析氢活性。林文修等人报道了在Fe或Ti基体[10][11]La、Ha、Zr)熔成合金时,对析氢反应产生非常明上电镀Ni-W合金和Ni-Co合金,在[3]显的电催化协同作用。曲永和、李青莲研究得300g/LNaCl水溶液中,25e时用作阴极以3.0A/[收稿日期]2004-06-18[作者简介]甘雄(1962)),女,广西钦州市人,高级讲师,从事无机化学教学与研究。第5期
7、甘雄,马稳:析氢催化电极的研究概述292dm电流密度电解时,与Ti电极相比可使GH分别的电子结构,特别是d电子数,从而提高了析氢催2[17]降低420mV,590mV。作者指出Ni-W合金耐化性能。PaskaI报道了用电沉积法获得非晶[12]态Ni-P合金,其在1mol/LKOH溶液中作阴极,蚀性比Ni好。王龙彪,黄清安等采用电沉积法制得Ni-Co和Ni-Co-P合金电极,在1M在-0.2V时,析氢速度快,甚至比Pt族元素电极[18]KOH溶液中测量其阴极极化曲线,与Ni电极相好。程鹏里等人用电沉积法得到了非晶态的
8、比,Ni-Co合金Ni-Co-P合金电极的析氢电位Ni-Mo-Pb合金,研究了该合金在碱性溶液中对正移,其中Ni-Co-P合金电极的析氢电位正移氢的阴极析出具有很好的电催化活性。Trygve[19]200多mV,可能的原因是Ni-Co-P合金形成时Burchardt等人报道了NiPx合金的微结构对析有电子从金属Ni的3d电子轨道向P转移,形成氢反应催化活性的
