高效CoMo双金属硫化物电极构筑及电催化析氢性能研究

结合电弧熔炼技术和脱合金化法制备了钴钼多孔合金,利用化学气相沉积进行蒸汽硫化,构筑了自支撑CoMo双金属硫化物电极。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)分析了物相组成和微观形貌,利用线性扫描伏安法、计时电位法等测试了电极的析氢性能和稳定性。结果表明:适量钼元素的加入促进了CoMo硫化物纳米线的密集生长,增大了比表面积,便于析氢反应过程中的电子传输。催化剂在酸性介质中表现出优异的析氢性能,Co13Mo2-S电极在阴极析氢过程中在10、100 mA·cm^(-2)的电流密度下过电位分别为94、172 mV,塔菲尔斜率仅为59m V·dec^(-1),同时表现出良好的析氢稳定性和耐久性。

挤压及时效处理对铸造Mg_(94)Zn_(2.5)Y_(2.5)Mn_1合金组织与力学性能的影响

利用金相显微镜、扫描电镜等研究了Mg94Zn2.5Y2.5Mn1合金正挤压及随后200℃等温时效过程中的组织与力学性能变化。结果表明:Mg94Zn2.5Y2.5Mn1合金挤压过程发生动态再结晶,晶粒明显细化,颗粒状的W(Mg3Zn3Y2)相弥散分布,晶界处X相和晶内的14H相发生了小角度变形扭折;挤压态Mg94Zn2.5Y2.5Mn1合金经时效50 h处理后,可以实现组织均匀化,消除大部分挤压缺陷,抗拉强度高达345 MPa,伸长率为22.5%左右。

富氧空位Co3O4纳米线的制备及其电解水性能研究

在室温下利用NaBH4溶液还原Co3O4纳米线获得富含氧空位(VO)的三维自支撑纳米线阵列用作全水解电催化剂,其中NaBH4处理10 min的Co3O4/NF在碱性介质中对析氧反应(OER)和析氢反应(HER)表现出很高的活性,在10 mA·cm^-2电流密度下分别仅需240和132 mV的过电位。VO-Co3O4/NF同时作为阴极和阳极电催化剂时,在10 mA·cm^-2下电解水槽电压仅为1.63 V,其耐久性可达60 h以上。该工作为富含氧空位结构的过渡金属氧化物双功能电催化剂的制备提供了新的方法和思路。

自支撑的纳米多孔Al掺杂NiCu-S电极的制备及其电解水析氢性能研究

针对电解水制氢领域对廉价、高效、稳定析氢催化剂的需求,采用Al作为活泼组元在真空感应熔炼炉中熔炼出不同原子比的三元Al-Ni-Cu合金,利用快速凝固甩带技术将其制备成合金条带,后续进行脱合金化处理和水热硫化反应,得到Al掺杂的NiCu双金属硫化物析氢自支撑电极。利用X射线衍射仪(XRD)和扫描电子显微镜(SEM)对样品的物相和形貌进行表征,结果表明,随着Ni/Cu原子比的提高,电极表面呈现出一种由紧密的均匀生长的纳米片到纳米板的结构演变趋势,极大地增加了电极材料的活性比表面积,暴露出更多的活性位点。在酸性介质中(0.5 mol/L H2SO4)进行电化学性能测试,结果表明,Ni/Cu原子比为2∶1时,获得的S-np-Ni21Cu7自支撑电极在析氢过程中电流密度达到50 mA/cm^2时仅需要245 mV的过电位,表现出良好的析氢活性,同时在长时间测试中表现出较好的稳定性和耐久性。

退火对泡沫镍沉积金属催化剂的析氢性能影响

研究了退火处理对泡沫镍(NF)沉积单/双元金属电极在碱性环境下析氢性能的影响。采用XRD,SEM和电化学工作站对复合催化剂的组成、结构、微观形貌及性能进行研究,可以得出,泡沫镍沉积单/双元金属电极在300℃下退火处理后表现出较好的电催化析氢活性,大小依次为(相比于退火前):NF@Cu0.01@Ni0.01-300,NF@Cu0.01@Co0.03-300,NF@Ni0.01-300,NF@Co0.03-300.结果表明,NF@Cu0.01@Ni0.01-300催化剂对电解水制氢表现出最高的催化活性,其电流密度是泡沫镍的3.97倍,且具有优良的电化学和物理稳定性,说明退火温度和沉积金属层对复合催化剂的析氢活性有很大影响。

碳基非金属氧还原电催化剂:过去、现在和未来

近年来,非金属碳基材料在替代高成本Pt基氧还原电催化剂方面表现出巨大研究价值与应用潜力,学者们主要致力于各种非金属纳米炭材料的制备和氧还原性能测试及其实际应用。非金属杂原子掺杂和边缘缺陷设计是典型的纳米炭改性方法,可显著降低ORR在碱性和酸性电解液中的过电位。为了使纳米炭在燃料电池等实际装置中表现出良好的催化活性,还需进一步提升纳米炭的ORR本征活性。纳米炭成分、结构调控与炭催化活性之间的关联也仍需探索。其根本策略是明确纳米炭的ORR反应机理,从而针对活性制约因素提出科学具体的结构改性策略。因此,本文针对非金属碳基催化剂在氧还原催化领域近年来的发展进行总结和展望,以期为未来氧还原催化剂的设计、合成及应用提供相关借鉴。

高效草酸镍钴双金属电催化剂的制备及析氧性能研究

开发用于析氧反应(OER)的高性能非贵金属催化剂有望提高电解水制氢的效率,促进氢能的开发利用。本研究采用简便的一步溶剂热法在泡沫镍(NF)上原位生长NiC_(2)O_(4)-Co(草酸镍钴)双金属电催化剂,可应用于高效的析氧反应。在1 mol/L KOH溶液中,自支撑NiC_(2)O_(4)-Co1双金属催化剂在10 mA/cm^(2)下的析氧过电位仅为278 mV,塔菲尔斜率为65 mV/dec,并显现出优异稳定的OER性能。NiC_(2)O_(4)-Co双金属催化剂优异的性能归因于优化的电子结构,增大的比表面积,快速的界面电荷转移能力,以及OER过程中Ni位点和Co位点之间的协同效应。

GCP载钯颗粒复合材料的制备及其电化学合成氨性能研究

使用疏水性石墨烯复合粉末(GCP)为碳载体,通过硼氢化钠还原制备GCP载钯颗粒催化剂(PdNPs@GCP)进行氮还原反应(NRR)研究,在-0.2 V vs.RHE电位下,氨气产率为5.2μg·h^(-1)·mg^(-1),合成氨法拉第效率在-0.1 V vs.RHE电位下高达9.77%。通过与纯钯相和GCP对比研究发现,催化剂NRR活性主要得益于钯颗粒与GCP的构效关系。GCP二维结构提高了电子传输效率,并提供较大的比表面积,促进NRR动力学,同时GCP的疏水表面可以一定程度地抑制析氢反应(HER)。另外,GCP表面钯颗粒有利于氮气吸附活化,为NRR提供了丰富的活性位点,而且催化剂的金属-载体作用力微调钯颗粒电子结构,优化中间产物的吸脱附,加速NRR。

夹杂物诱发超薄引线框架铜合金带材表面微裂纹缺陷的研究

针对超薄引线框架铜合金带材表面出现的微裂纹问题,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、金相显微镜、纳米压痕仪分别对其表面形貌、元素分布、金相组织和力学性能等进行了测试和分析,并根据微裂纹区域的变化探寻了其形成原因。结果表明:裂纹的平均长度在10μm左右,随机分布于铜合金带材的两侧,并垂直于轧制方向。铜合金在熔炼过程中发生了C、O元素的偏聚,生成了C、O、Cu夹杂物,由于轧制过程中基体发生变形,导致在夹杂物处产生了应力集中,形成了微裂纹。最后,根据表面微裂纹的产生原因对浇铸及轧制工艺提出了改进建议,减少了微裂纹的产生。

Cu_(2)O作为空穴提取层修饰BiVO_(4)光阳极以增强电荷分离和转移

光生电荷的分离和转移被认为是影响BiVO_(4)基光阳极光电性能的核心因素之一.本文设计了在BiVO_(4)光阳极与析氧助催化剂之间插入空穴提取层的方法.Cu_(2)O作为空穴提取层引入到助催化剂层(FeOOH/NiOOH)和BiVO_(4)之间,可以有效优化空穴的迁移路径,延长光生空穴的寿命,从而提高电极的光电化学性能.与BiVO_(4)相比,调整后的BiVO_(4)/Cu_(2)O/FeOOH/NiOOH光阳极的电荷分离效率从70.6%提高到了92.0%.此外,该光阳极在1.23 VRHE(AM 1.5G照明下)下,还显示出了3.85 mA cm^(-2)的高光电流密度,是BiVO_(4)的2.77倍.我们的研究结果表明,电沉积Cu_(2)O空穴提取层是一种简单且可扩展的方法,能够有效提高BiVO_(4)的光电活性,可用于太阳能驱动水分解领域.

热处理对Mg-10.83Li-2.62Al-0.34Si合金组织与性能的影响

对Mg-10.83Li-2.62Al-0.34Si合金进行了均匀化和淬火处理,利用光学显微镜,扫描电镜及能谱分析,X射线衍射分析,力学性能测试等手段研究了不同热处理工艺对合金组织和力学性能的影响,探讨了析出相在合金中所起的作用。结果表明,均匀化退火实现了α-Mg的重溶和再析出,能够明显地细化α-Mg相;淬火处理可以细化晶粒,在晶界处析出Mg2Si相,并能显著提高合金的抗拉强度。经过300℃保温4 h水淬后,合金的抗拉强度达到244 MPa,相比铸态组织提高了约68%。