鎳-鎢／二氧化鋯納米復(fù)合電極析氫性能的研究

摘要：在含有20g／L硫酸鎳、45g／L鎢酸鈉、50g／L配位劑和10g/L二氧化鋯(粒徑約20 nm)的溶液(pH=6)中，電沉積制備了Ni—W／Zr0₂納米復(fù)合電極。通過(guò)電化學(xué)方法研究了該納米復(fù)合電極在質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30％的NaOH溶液中的催化析氫性能，并與Ni—W合金電極進(jìn)行了對(duì)比。利用掃描電鏡觀察了電極的表面形貌。結(jié)果表明，Ni—W／Zr0₂納米復(fù)合電極的催化析氫活性及穩(wěn)定性均優(yōu)于Ni—W合金電極。

關(guān)鍵詞：鎳一鎢合金；二氧化鋯；納米復(fù)合電極；電沉積；催化析氫

中圖分類(lèi)號(hào)：TQl53    文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1004—227X(2009)02—0001—03

Study of hydrogen evolution on nickel-tungsten／ zirconia nanocomposite electrode／／YAO Su—wei*，YAO Yin9—wu，ZHANG Wei—gu0，WANG Hong-zhi

Abstract：A Ni—W／zr0，nanocomposite electrode was prepared by electrodeposition from a bath containin9 20 9／L nickel sulfate，45 9／L sodium tungstate，50 9／L complexing agent and l 0 9／L zirconia(particle size ca．20 nm)at pH 6．Its catalytic hydrogen evolution behavior was studied by electrochemical measurements in a 30％(mass fraction) NaOH solution，and its surface morphology was observed with SEM．The  results showed that the Ni—W／Zr0， nanocomposite electrode has better hydrogen evolution activity and stability than Ni—W alloy electrode．

Keywords：nickel——tungsten alloy；zirconia；nanocomposite electrode；electrodeposition；catalytic hydrogen evolution

First-author’S address：Sugiyama Laboratory of Surface Technology，School ofChemical Engineering and Technology， Tianjin University，Tianjin 300072，China

1        前言

氫能是一種高效、潔凈的二次能源，人們一直希望用它來(lái)替代煤、石油等礦物燃料，以緩解能源短缺與環(huán)境污染問(wèn)題。電解水制氫是生產(chǎn)氫氣的重要手段，降低氫在陰極上的析出過(guò)電位以減少制氫成本，是電化學(xué)工作者長(zhǎng)期的研究方向。因此，研制廉價(jià)、具有高電化學(xué)催化活性的電極材料具有重要的現(xiàn)實(shí)意義與應(yīng)用價(jià)值。

過(guò)渡金屬由于具有特殊的d電子結(jié)構(gòu)，是目前公認(rèn)的具有優(yōu)良電化學(xué)活性的電極材料，而在過(guò)渡金屬中，Ni及Ni合金是目前研究的主要方向^[1-6]。通過(guò)復(fù)合電沉積技術(shù)將固體顆粒復(fù)合到金屬或合金基體中，可以制備具有高比表面積和高催化活性的復(fù)合電極材料^{[7-1 2]}。但是，以前的研究多限于以微米顆粒制備復(fù)合電極材料，對(duì)用納米微粒制備復(fù)合電極材料的研究較少。本文通過(guò)向Ni-W合金鍍液中添加Zr0₂納米微粒制備Ni—W／ZRO₂納米復(fù)合電極，并測(cè)試其電催化析氫活性。

2        實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)材料為50mm×40mm的黃銅板，實(shí)驗(yàn)前經(jīng)過(guò)拋光、除油、浸蝕、水洗等處理。鍍液配方為：硫酸鎳20g／L，鎢酸鈉45g／L，配位劑50g／L，pH=6。實(shí)驗(yàn)溫度為70℃。Zr0₂納米微粒的粒徑約為20 nm，添加量10g／L。施鍍過(guò)程采用機(jī)械攪拌，攪拌速率為180r／min，電鍍時(shí)間O．5h，電流密度12 A／dm²。電極的表面形貌用TESCAN公司的TS5136型掃描電鏡進(jìn)行觀測(cè)。采用辰華660型電化學(xué)工作站在三電極體系中測(cè)定電極在NaOH溶液中的析氫活性，輔助電極采用不銹鋼材料，以Ni-W／Zr0₂復(fù)合鍍?cè)嚻餮芯侩姌O(表觀面積l cm²)，參比電極為飽和甘汞電極(SCE)，電解液為W=30％的NaOH溶液，電位范圍從0 V至-2．0 V，掃描速率為5 mV／s。采用分光光度法測(cè)得 Ni-W／Zr0₂復(fù)合鍍?cè)嚻?SPAN lang=EN-US>Zr0₂的含量為4．8％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

鎳-鎢／二氧化鋯納米復(fù)合電極析氫性能的研究：結(jié)果與討論（一）

鎳-鎢／二氧化鋯納米復(fù)合電極析氫性能的研究：結(jié)果與討論（二）

鎳-鎢／二氧化鋯納米復(fù)合電極析氫性能的研究：結(jié)果與討論（三）

鎳-鎢／二氧化鋯納米復(fù)合電極析氫性能的研究：結(jié)果與討論（四）

鎳-鎢／二氧化鋯納米復(fù)合電極析氫性能的研究：結(jié)果與討論（五）

鎳-鎢／二氧化鋯納米復(fù)合電極析氫性能的研究：結(jié)論