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引用本文：葛升,闵洛夫,费洪达,吉定豪,王宇新.一步电沉积制备高活性高稳定镍铁合金析氧电催化剂[J].化学工业与工程,,39(2):41-49.
一步电沉积制备高活性高稳定镍铁合金析氧电催化剂
葛升1,闵洛夫1,
费洪达1,吉定豪2,王宇新1
1.化学工程联合国家重点实验室,天津市膜科学与海水淡化技术重点实验室,天津大学化工学院,天津;
2.人因工程国防科技重点实验室,北京
摘要
以镍网为基底，通过一步电沉积方法成功制备出用于碱性水电解的多孔镍铁合金析氧反应（OxygenEvolutionReaction，OER）电极。镍铁的沉积伴随强烈的析氢，此条件下构筑出的多级孔结构成为电极用于OER反应时液相中传质与气泡释放的适宜传递通道。在析氧反应中，电流密度为10mA·cm-2时的过电位仅为mV，Tafel斜率为35mV·dec-1，催化活性超过商用的Ir催化剂和许多已报道的镍铁基催化剂。在60℃、30%KOH以及电流密度≥mA·cm-2的工况下，电极稳定运行h，性能无明显衰减，表现出优异的稳定性。
关键词镍铁合金；析氧反应；碱性水电解；电沉积；镍网
图文摘要图1(a)各电极的XRD图谱及(b)空白镍网；(c)Ni0.9Fe0.1--3；(d)Ni0.85Fe0.15--3；(e)Ni0.75Fe0.25--3的扫描电镜图
图2(a)Ni0.85Fe0.15-90-3;(b)Ni0.85Fe0.15--3;(c)Ni0.85Fe0.15--3;(d)Ni0.85Fe0.15--1的扫描电镜图及它们的(e)极化曲线;(f)双电层电容曲线
图3(a)Ni0.85Fe0.15--3的断面电镜图；(b)~(d)Ni0.85Fe0.15--3不同放大倍数的电镜图；(e)~(f)Ni、Fe的元素分布图
图4不同镍铁比电极的(a)极化曲线；(b)Tafel曲线；(c)双电层电容曲线；(d)Nyquist曲线
图5在1mol·L-1KOH溶液中Ni0.85Fe0.15--3的拉曼光谱图
图6Ni0.85Fe0.15--3与其它镍铁基OER催化剂在电流密度为10mA·cm-2时的过电位和Tafel斜率对比
图℃、30%KOH溶液中不同电流密度下Ni0.85Fe0.15--3的计时电位曲线
结论以镍网为基底，通过一步电沉积制备了多孔镍铁合金电极。该电极具有丰富的孔结构和较高的比表面积，其OER催化活性超过了许多前人报道的镍铁基催化剂。Fe含量对多孔镍铁合金电极的本征催化活性有影响，当Fe摩尔分数达到15%时，催化活性最高。Ni0.85Fe0.15--3在工业水电解条件下有较高的稳定性，运行h性能无明显衰减。一步电沉积制备的廉价、高活性与稳定性镍铁合金电极在碱性水电解制氢中具有广阔的前景。强析气条件下形成的多级孔结构电极的成功制备也为其它析气电极结构优化提供了新的思路。
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