析氫催化電極的研究概述

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1、28安陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào)2004年析氫催化電極的研究概述1,23甘雄,馬穩(wěn)(1.武漢大學(xué)化學(xué)系,湖北武漢430072;2.欽州師專,廣西欽州535000;3.河南信陽(yáng)師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院,河南信陽(yáng)464000)[摘要]綜述了析氫反應(yīng)中高催化活性電極的研究現(xiàn)狀,并對(duì)其研究前景進(jìn)行分析。[關(guān)鍵詞]析氫反應(yīng);電極材料;催化活性[中圖分類號(hào)]O646.54[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)]1671-5330(2004)05-0028-04出元素性質(zhì)與析氫反應(yīng)電催化活性有關(guān):過(guò)渡金0引言屬具有未成對(duì)的d電子和未充滿的d軌道,具有能源和

2、環(huán)境是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展涉及的最良好的催化活性;電催化反應(yīng)的速度取決于吸附主要問(wèn)題。目前全球80%的能量需求來(lái)源于化作用的能量;金屬晶格能影響析氫電催化活性。石燃料,這最終必將導(dǎo)致化石燃料的枯竭,而其使這對(duì)析氫電催化劑的選擇和設(shè)計(jì)具有重要的指導(dǎo)用也將導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。從化石燃料逐步意義。轉(zhuǎn)向利用可持續(xù)發(fā)展無(wú)污染的非化石能源是發(fā)展活性氫陰極材料主要有兩類:(1)貴金屬(2)的必然趨勢(shì)。氫是理想的清潔能源之一也是重要鎳基材料,它包括鎳金屬,鎳基合金,鎳基復(fù)合材的化工原料,受到世界各國(guó)廣泛的重視。電解水料,多孔鎳等。大

3、量文獻(xiàn)曾報(bào)道過(guò)貴金屬Pt族元[4]制氫是實(shí)現(xiàn)工業(yè)化、廉價(jià)制備氫氣的重要手段。素具有優(yōu)異的電催化活性,其氫超電勢(shì)低,但是+貴金屬價(jià)格昂貴,不能大量投入使用。因此,眾多對(duì)于析氫反應(yīng)(2H+2eH2或2H2O+2eH2+2OH-1),在電化學(xué)或光化學(xué)過(guò)程中存在的研究者都致力于鎳基材料的研究。陰極極化,稱為氫超電勢(shì)(GH),GH的存在使電解文獻(xiàn)中報(bào)道了大量的過(guò)渡金屬的二元或三元22[5]合金具有高的催化活性。MJDEIZ等人以軟鋼或光解的槽電壓增大,能耗增加。為了降低電解能耗,行之有效的辦法是降低氫的陰極析出電位。為基體,

4、在酸性(pH=4.5)硫酸鹽與氯化鉀鍍液中制備出Ni-Zn或Ni-Co-Zn合金,經(jīng)堿處理因而研究開發(fā)新型廉價(jià)的、高催化活性的析氫電后,Zn溶解,能使表面積增大1000~2000倍,因而催化材料,具有重要的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。使氫超電勢(shì)降低。這是制備高催化活性電極材料1高活性催化電極材料的選擇及性能的常用方法之一。DEBrown等人[6]報(bào)道了70e2的30%KOH溶液,以1A/dm電流密度析氫時(shí)GH1.1過(guò)渡元素金屬的合金電極材料2對(duì)于析氫電催化反應(yīng),最早進(jìn)行這方面探索的數(shù)據(jù)為:對(duì)Ni-V,Co-Mo,Ni-W,

5、Ni-Mo,Fe的人是Kita,他曾把過(guò)渡金屬電極材料的析氫反-Mo其GH2分別為-120,-120,-134,-89,-應(yīng)交換電流密度I0與電極材料元素的原子序數(shù)181mV.其中Ni-Mo合金作陰極時(shí),GH最低。2[1]0[7][8]聯(lián)系起來(lái),發(fā)現(xiàn)各種金屬的lgI值基本上是原Gala和Conway用電鍍法研制的Ni-Mo-V和[2]子序數(shù)的周期函數(shù)。EngelBrewer價(jià)鍵理論指Ni-Mo-Cd電極有較高的析氫活性,但是鍍液中出,d軌道未充滿或半充滿的過(guò)渡系左邊的金屬V和Cd的化合物有毒,廢鍍液的處理困難。[9

6、](如Fe、Co、Ni)同具有成對(duì)的但在純金屬中不適Raj用電鍍法制備的Ni-Mo-Fe電極也有較高合成健的d電子的過(guò)渡系右邊的金屬(如W、Mo、的析氫活性。林文修等人報(bào)道了在Fe或Ti基體[10][11]La、Ha、Zr)熔成合金時(shí),對(duì)析氫反應(yīng)產(chǎn)生非常明上電鍍Ni-W合金和Ni-Co合金,在[3]顯的電催化協(xié)同作用。曲永和、李青蓮研究得300g/LNaCl水溶液中,25e時(shí)用作陰極以3.0A/[收稿日期]2004-06-18[作者簡(jiǎn)介]甘雄(1962)),女,廣西欽州市人,高級(jí)講師,從事無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)與研究。第5期

7、甘雄,馬穩(wěn):析氫催化電極的研究概述292dm電流密度電解時(shí),與Ti電極相比可使GH分別的電子結(jié)構(gòu),特別是d電子數(shù),從而提高了析氫催2[17]降低420mV,590mV。作者指出Ni-W合金耐化性能。PaskaI報(bào)道了用電沉積法獲得非晶[12]態(tài)Ni-P合金,其在1mol/LKOH溶液中作陰極,蝕性比Ni好。王龍彪,黃清安等采用電沉積法制得Ni-Co和Ni-Co-P合金電極,在1M在-0.2V時(shí),析氫速度快,甚至比Pt族元素電極[18]KOH溶液中測(cè)量其陰極極化曲線,與Ni電極相好。程鵬里等人用電沉積法得到了非晶態(tài)的

8、比,Ni-Co合金Ni-Co-P合金電極的析氫電位Ni-Mo-Pb合金,研究了該合金在堿性溶液中對(duì)正移,其中Ni-Co-P合金電極的析氫電位正移氫的陰極析出具有很好的電催化活性。Trygve[19]200多mV,可能的原因是Ni-Co-P合金形成時(shí)Burchardt等人報(bào)道了NiPx合金的微結(jié)構(gòu)對(duì)析有電子從金屬Ni的3d電子軌道向P轉(zhuǎn)移,形成氫反應(yīng)催化活性的