电解水制氢技术的研究进展与应用前景

电解水制氢技术的研究进展与应用前景

总结：

电解水是制氢的重要工艺方法之一，实现该工艺所需的电能可以从多种可再生能源中转化而来。然而，在自然条件下，水电解反应能耗高，制氢效率低，远远不能满足工业需求。目前，通过对电解电极进行改性，形成具有催化性能的电极，可以有效解决催化电极问题。本项目选取厚度为0.2 mm的铜片作为电解电极的衬底，通过电化学沉积引入镍，通过调整电镀液组成、沉积电流、沉积时间等实验条件，得到低析氢过电位的镍铜基析氢电催化剂。所得催化剂在浓度为1 mol/L的氢氧化钾碱性溶液中，仅需43 mV过电位即可达到-10 m A/cm~2的电流密度，Tafel斜率为39 m V/dec，电化学活性面积为1313 cm~2（ECSA）。在-100 m A/cm~2的连续高电流密度下，经过100小时的超长催化过程后，析氢的催化活性保持稳定。在扫描电镜下观察到，所制备的镍基析氢电催化剂的微观形貌呈枝晶状，枝晶由花状的三维颗粒簇组成，大大增加了材料的表面积，从而增加了水电解过程中催化电极材料与电解液的接触面积， 并公开更多活跃的网站。X射线衍射结果表明，催化剂材料含有镍铜合金，与在镍衬底上制备的催化剂相比，镍铜合金具有更低的过电位和更高的稳定性。本项目进一步研究了电沉积法制备析水用镍基电解催化剂，在不同沉积电流和沉积时间下制备了镍锌基析氧催化剂，所得的低析氧过电位的镍锌基析氧电催化剂在浓度为1 mol/L的氢氧化钾碱溶液中达到10 m A/cm~2， 电流密度仅为231 mV过电位，电化学活性面积为756 cm~2 H超长析氧催化反应。在扫描电子显微镜下观察到，所制备的镍锌基析氧电催化剂呈球形，均匀分布在泡沫铜衬底的骨架上，使催化剂具有较大的表面积，有利于在催化过程中暴露出更多的活性位点。EDS光谱和X射线衍射结果表明，催化剂材料中含有镍和锌，成功制备了电化学性能优异、催化稳定性高的水电解催化剂材料

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