电沉积Ni-Ru合金及其电化学性能研究

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铂系贵金属具有优越的物理—化学性能,受到广泛关注和研究。而其中的Ru属较廉价的贵金属,也具有良好的物理化学稳定性和催化性能,从电解水析氢、有机物加氢等还原反应到电催化氧化甲醇、MBH4(M=K,Na)等氧化反应都可以用到Ru催化剂,使Ru成为贵金属元素中用途最广的元素之一。但单组分Ru作为活性电极使用成本还是太高。因此在保持电极材料的活性的同时降低电极材料的成本,是一个值得深入研究的课题。本文运用电化学沉积的方法制备了具有不同形貌和成分的Ni-Ru合金镀层,通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、能量失散X射线(EDX)等表征手段,探讨了制备条件对合金镀层的结构、形貌和成分的影响规律。并利用线性极化扫描技术研究了Ni-Ru合金镀层在碱性溶液中阴极水解析氢和阳极氧化甲醇和KBH4的电化学性能。主要工作如下:1.在电解液中固定RuCl3·nH2O 5.0 g/L,无水CH3COONa 30.0g/L,Na3C6H5O7·2H2O 30.0g/L,pH3,镀液温度25±1℃,总沉积电量90C/cm2,改变NiSO4·6H2O浓度在15.0~50.0g/L,沉积电流密度10~90 mA/cm2条件下直流电沉积制备了Ni-Ru双组分合金镀层。研究了镀液组成、沉积电流密度对镀层结构、形貌和成分的影响规律。2.考察了直流电沉积制备的Ni-Ru合金在碱性溶液中水解析氢和电催化氧化甲醇及KBH4的电化学性能。在催化析氢反应中,Ni-Ru合金镀层表现出明显的双组分协同作用,当镀层中Ru含量超过20at%后,析氢活性高于单组分。但在碱性溶液中作为电氧化剂,Ni-Ru合金镀层并未表现出期望中双组分的协同作用,活性组分Ru在实验过程中溶出,大大降低甚至丧失了镀层的电催化性能。3.利用脉冲电沉积技术在组成为RuCl3·nH2O 5.0g/L,无水CH3COONa 30.0g/L,Na3C6H5O7·2H2O 30.0 g/L,NiSO4·6H2O浓度在10.0 g/L和15.0 g/L电解液中制备了Ni-Ru纳米合金镀层。主要考察了基底预处理和脉冲条件对镀层形貌的影响规律。经过电化学抛光处理后的基底上脉冲沉积得到的Ni-Ru纳米合金镀层分:布均匀,表面比较平整;脉冲电流密度低于90 mA/cm2条件下得到的镀层主要呈现颗粒和柱状纳米结构,脉冲电流密度高于500 mA/cm2条件下得到的镀层则主要呈现纳米线状结构。并初步探讨了纳米线形成的原因。
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