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Ni-WC复合电极在碱性溶液的电化学行为研究

放大字体  缩小字体发布日期:2012-08-27  浏览次数:642
核心提示:氢气是工业上广泛采用的工业气体,石油精炼和氨合成的原料。氢能作为一种新型能源,由于不污染环境,越来越受到人们重视。目前生产应用中成功用电解水制H:,人们希望在电催化析氢上有所突破。
 

氢气是工业上广泛采用的工业气体,石油精炼和氨合成的原料。氢能作为一种新型能源,由于不污染环境,越来越受到人们重视。目前生产应用中成功用电解水制H:,人们希望在电催化析氢上有所突破。

近年来复合材料电极的研究成果越来越多,复合电沉积技术是一种制备复合材料的方法,与其它方法相比,有许多优越性。例如:微粒与基质金属的选用比较广泛,制备工艺简单;微粒与镀层中可均匀分布;镀层厚度、组分含量在一定范围内可任意选择,易于控制等等。另外,由复合电沉积制得的复合镀层,由于在基质金属中弥散分布着第二相微粒,使其具有各种不同的特殊功能。

Ni基复合镀层有多种功能‘31,但用于电催化研究还不多。通过对Ni-WC复合电极在碱性介质中的电催化性能的研究,考察并揭示其在碱性介质中的电化学行为。用正交设计的方法对WC与Ni共沉积过程进行试验,研究了各种因素对Ni-WC复合镀层中WC含量的影响,得到析氢效果好的复合电极的制备T艺为:pH=2.2,C=2g/L,T=300C,i=40mA/cm2,并在此工艺条件下制备出Ni-WC复合电极。电化学性能的测试结果表明,在碱性溶液中,Ni-WC复合电极对析氢反应具有比Ni电极更良好的催化活性。

图(a)是Ni电极在不同温度下的11_109 i曲线(b)是Ni-WC电极在不同温度下的1_109i曲线。

 


 

 


 

采用极化曲线,循环伏安等电化学测试手段测试,发现Ni-WC电极的极化曲线与多孔电极的极化曲线相近。用SEM电极表面形貌的观察分析,也证实了Ni-WC电极表面的多孑L性。SEM观察和XRD测试结果表明,复合电极中Ni是以比Ni电极更微小的晶粒存在,并且品格缺陷增加,这是Ni-WC电极析氢催化活性比Ni电极高的主要原因之一。复合电沉积过程中,导电性WC微粒的存在,对基质金属Ni的电沉积方式发生了影响,使基质金属Ni几乎无择优取向性,也导致了Ni-WC电极与纯Ni电极催化活性的不同。由于WC微粒的良好导电性,使Ni-WC复合电极形成时,系由表面包覆微细晶粒Ni层的WC微粒所构成,使Ni-WC复合电极在碱性溶液中析氢反应也遵循纯Ni电极析氢反应的机理,即电化学脱附机理,其机理如下:

 


 

实验结果与文献数据基本吻合

通过对硝基苯在Ni电极、Ni-WC电极和Raney电极上的电还原为苯胺的初步结果进行比较,发现Ni-WC电极的活性大于Ni电极,表明在有机氧化一还原反应中,Ni-WC电极优于Ni电极,其在有机合成方面将会有广阔的应用前景。

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