Ni-P納米粒子的制備、表征及其制氫反應(yīng)的電化學(xué)性能研究.pdf

1、Ni-P合金作為一種制氫反應(yīng)(HER)的高效和廉價(jià)催化劑，近些年來(lái)引起了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。HER反應(yīng)作為一種制備氫氣的有效手段，在當(dāng)今全球氣候變暖和尋求新能源以代替化石燃料的背景下，十分值得進(jìn)一步研究。在通電的條件下，Ni-P合金可以極大地減小HER反應(yīng)所需的過(guò)電勢(shì)。Ni-P納米材料現(xiàn)在被認(rèn)為是Pt催化劑的一種潛在的有效替代品。近期，Ni-P不僅被認(rèn)為可以作為HER反應(yīng)的催化劑，還能夠作為水分解另一半反應(yīng)制氧反應(yīng)(OER)的催化劑。不過(guò)

2、，盡管在近些年 Ni-P合金研究上取得了不少進(jìn)展，依然有許多基礎(chǔ)問(wèn)題沒(méi)有解決。
　　本文針最近對(duì) Ni-P納米材料制備和 HER催化的研究熱點(diǎn)，在其制備工藝、表證手段和電化學(xué)性能上進(jìn)行了一系列探索。通過(guò)鎳的自催化還原性質(zhì)和次亞磷酸鈉作為還原劑分別制備了Ni-P蛋殼納米粒子、Ni-P納米球和酸堿浸泡處理的Ni-P球，并研究了各個(gè)反應(yīng)參數(shù)對(duì)納米粒子形成的影響。使用電化學(xué)工作站測(cè)試了Ni-P納米粒子的HER催化性能，并討論了制備工藝和熱

3、處理對(duì)電化學(xué)性能的影響。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
　　(1)采用自催化還原原理成功制備了蛋殼結(jié)構(gòu)的Ni-P納米粒子、Ni-P納米球和酸堿浸泡處理的Ni-P球。實(shí)驗(yàn)中采用硫酸鎳為鎳源，先制備出相應(yīng)的前驅(qū)體，然后以次亞磷酸鈉為還原劑、氯鈀酸為形核劑還原出粒徑在50~100 nm之間對(duì)應(yīng)的納米粒子。對(duì)于酸堿浸泡處理的Ni-P球，還要進(jìn)一步利用氨水、硫酸和鹽酸的混酸進(jìn)行表面處理。
　　(2)使用熱處理工藝對(duì)上述納米材料進(jìn)行熱處理并采用

4、一系列表征手段對(duì)上述納米材料的制備方法、表面形貌、結(jié)構(gòu)和元素組成進(jìn)行分析。得到以下結(jié)論。1)對(duì)于制備蛋殼結(jié)構(gòu)的Ni-P納米粒子，使用80℃作為反應(yīng)溫度，利用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)作為表面活性劑先得到穩(wěn)定均一的Ni(OH)2前驅(qū)體是制備的第一步。其后利用犧牲模板法得到蛋殼的形貌；2)制備N(xiāo)i-P納米球相對(duì)簡(jiǎn)單，利用現(xiàn)成的α-Ni(OH)2納米線作為前驅(qū)體，以90℃作為反應(yīng)溫度，但要緩慢加入還原劑，并伴隨強(qiáng)烈攪拌使得材料均勻地生長(zhǎng)成球

5、狀；3）酸堿浸泡處理后的Ni-P納米球的形貌幾乎不會(huì)改變，但是在堿液和酸液的作用后，體系的Ni元素百分比會(huì)上升，而P元素比例會(huì)略有上升。原有的非晶態(tài)的Ni-P合金會(huì)轉(zhuǎn)化為Ni12P5和Ni2P的混合物；4)熱處理工藝對(duì)材料的表面形貌并不會(huì)造成太大影響，對(duì)體系中Ni元素和P元素的比值也不會(huì)造成太大影響，但會(huì)導(dǎo)致體系中原有的Ni-P相發(fā)生相變，轉(zhuǎn)化為其他Ni-P相。5)由于反應(yīng)在并非在密閉容器中進(jìn)行，所以材料的表面會(huì)形成一定成分的氧化物。<

6、br>　　(3) Ni-P納米球具有最佳的催化性能。其極化曲線中達(dá)到?100 mA/cm2電流密度對(duì)應(yīng)的過(guò)電勢(shì)為251 mV。相比之下，蛋殼Ni-P納米粒子的催化性能相對(duì)較差。文中所制備的Ni-P合金都具有不錯(cuò)的穩(wěn)定性。在酸性溶液中，尤其是經(jīng)過(guò)熱處理之后的樣品具有較高的穩(wěn)定性，其中8小時(shí)熱處理之后的Ni-P納米球在恒電勢(shì)測(cè)試后，仍具有259 mA/cm2的電流密度。而在堿性溶液中測(cè)試時(shí)，樣品一般要在很長(zhǎng)一段測(cè)試時(shí)間以后方能達(dá)到較佳性能，