磁控溅射NiMo薄膜的结构与析氢催化性能

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangyangyingzi
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
贵金属Pt是电解水制氢时常用的析氢催化剂,但由于Pt资源匮乏,价格昂贵,迫切需要开发一种无贵金属的新型析氢催化剂。目前虽然已开发出Ni3N、Mo S2等析氢催化剂,但其催化活性相对于Pt仍较低,需要开发催化活性更高的新型析氢催化剂。在已经报道的各种电解水析氢催化剂中,Ni基和Mo基催化剂最具发展潜力。具有双d电子轨道的Ni(3d84s2)利于水分子的电子迁移和后续的O-H键的裂解,而具有半空d电子轨道的Mo(4d55s1)有利于吸附氢(Hads)的形成。因此,NiMo析氢催化剂有望降低析氢反应(HER)过程中的能垒,加快碱性条件下的HER动力学,成为代替贵金属Pt的新型析氢催化剂。本文采用磁控溅射工艺制备NiMo薄膜,首先研究磁控溅射工艺参数对薄膜结构和析氢催化性能的影响,并通过N掺杂、反溅法表面刻蚀以及Ar等离子体表面刻蚀等调控技术进行膜结构调控。薄膜结构、表面形貌和成分主要采用X射线衍射分析(XRD)、扫描电镜(SEM)和能谱仪(EDS)等手段,析氢催化性能通过电化学工作站进行测试。采取控制变量法,研究了不同磁控溅射工艺参数下NiMo薄膜的成分、结构、组织形貌和析氢催化性能,确定了高性能NiMo薄膜的制备工艺。在Ni靶:Mo靶溅射功率比为100W:200W时得到了Ni20Mo80薄膜,其由NiMo和Mo两相组成,在Ni靶:Mo靶溅射功率比为280W:55W时,得到了Ni80Mo20薄膜,其由单一Ni4Mo相组成,随Ni靶:Mo靶溅射功率比的升高,薄膜中Ni相对含量逐渐增加,晶粒尺寸增加,析氢催化性能降低。随着基底温度的升高,Ni20Mo80薄膜(041)衍射峰向左偏移且半峰宽变小,成分无明显变化,晶粒尺寸增加且更加均匀,析氢催化性能降低;Ni80Mo20薄膜(121)衍射峰向左偏移且半峰宽变小,成分无明显变化,晶粒尺寸增加且更加均匀,析氢催化性能先升高再降低。随着基底偏压的增加,Ni20Mo80薄膜(041)衍射峰向右偏移且半峰宽变大,薄膜中Ni相对含量逐渐降低,晶粒细化且膜表面粗糙度降低,析氢催化性能降低;Ni80Mo20薄膜(121)衍射峰向左偏移且半峰宽变大,薄膜中Ni相对含量逐渐降低,晶粒细化且膜表面粗糙度降低,析氢催化性能降低。通过上述研究,获得了磁控溅射制备NiMo薄膜的最佳工艺参数:Ni靶:Mo靶功率比为100W:200W、基底温度为298K、基底偏压为0V条件下制备的Ni20Mo80薄膜析氢催化性能最优异,在10m A cm-2电流密度下过电位(η10)为150m V,Tafel斜率为56m V dec-1,传荷电阻为12Ω。为进一步提高最佳磁控溅射工艺参数下制备的Ni20Mo80薄膜的析氢催化性能,采取控制变量法,研究N元素掺杂、反溅法表面刻蚀以及Ar等离子体表面刻蚀对Ni20Mo80薄膜的结构和析氢催化性能的影响规律,确立了高性能Ni20Mo80膜的结构调控工艺。在N掺杂过程,随磁控溅射N2分压的升高,薄膜中Mo相对含量降低,晶粒尺寸逐渐增加,析氢催化性能降低。在反溅法表面刻蚀过程,随反溅功率的增加,薄膜成分无明显变化,晶粒尺寸先降低后增加,析氢催化性能先升高后降低;随着反溅时间的增长,薄膜成分无明显变化,晶粒尺寸先降低后增加,析氢催化性能先升高后降低。在Ar等离子体表面刻蚀过程,随屏极电压的增加,Ni20Mo80薄膜(041)衍射峰向右偏移且半峰宽变大,薄膜中Ni相对含量逐渐降低,晶粒尺寸先降低后增加,析氢催化性能先升高后降低;随刻蚀时间的增长,Ni20Mo80薄膜衍射峰向右偏移且半峰宽变大,薄膜中Ni相对含量逐渐降低,晶粒尺寸先降低后增加,析氢催化性能先升高后降低。通过上述研究,获得了Ni20Mo80薄膜结构和性能调控的最佳工艺参数:反溅功率为100W、反溅时间1min时反溅法表面刻蚀改性后的Ni20Mo80析氢催化性能最优异,在10m A cm-2电流密度下过电位(η10)为91m V,Tafel斜率为41m V dec-1,传荷电阻为5Ω。析氢催化性能优于文献中的Ni Se/Nifoam(96m V,120m V dec-1)和Fe2Ni2N/Nifoam(180m V,120m V dec-1),甚至优异于Pt箔在10m A cm-2电流密度下的过电位125m V,即需要更小的分解电压就可实现水的电解,有望成为代替贵金属Pt的新型析氢催化剂。
其他文献
随着环境污染、能源危机等问题日益突出,具有节能、减阻等功能的表面功能结构及其制造已成为学术研究热点之一。为了高效制备具有疏水、减阻等功能的微沟槽表面,本文提出利用
在国内某巨型激光装置工程建设中,有大量的光机模块需要从侧面装校到空间滤波器中。这些模块种类多、数量大,其洁净度、安装精度以及装卸频率高,装校空间复杂且狭小。本文正
豫北地区的消经文献是学界较为忽视的研究。这种夹杂了汉语方言、经堂语、阿拉伯语和波斯语的文献,不仅有着丰富的内容,而且具有十分重要的文献学、语言学、宗教学和人类学价
煤焦油是焦化工业的重要产品之一,其精加工过程中会产生大量的有毒废水,该类废水有机物浓度高、成分复杂,是煤焦油行业的环保难题。吸附法是煤焦油加工废水的传统处理方法,吸
随着科学技术的发展,产品可靠性越来越高,系统的可靠性评估变得越来越重要。以往研究产品可靠性的方法是基于产品的失效寿命数据,但由于目前大部分产品都具有长寿命、高可靠性的特点,失效寿命数据缺失或没有。因此通过研究产品性能退化来进行产品的可靠性评估,具有实际意义。产品失效一方面受到产品自身退化作用的影响,另一方面受到外界冲击作用的影响,并且这两个方面的作用相互影响。由于产品使用环境比较复杂,不同的冲击对
本研究论文包括两部分内容:(一)血细胞恢复情况对化疗后获得形态学无白血病状态急性髓系白血病患者的影响;(二)急性髓系白血病表观遗传学相关基因MLL和DNMT3A突变对下游基因的调控。第一部分血细胞恢复情况对化疗后获得形态学无白血病状态急性髓系白血病患者的影响急性髓系白血病患者(AML)化疗后获得完全缓解(CR)与良好的长期预后密切相关,然而,有一部分AML患者只能获得完全缓解伴不完全血液学恢复(C
[目 的]检测染料木黄酮对人甲状腺癌SW579和TT细胞系增殖,粘附,侵袭和迁移能力的影响,探索染料木黄酮对SW579和TT细胞侵袭转移影响的可能机制,为染料木黄酮能否应用于甲状腺
抗剪强度和变形特性是非饱和土中的重要内容,同时这也是目前国内外岩土力学研究中的热点与难点。在实际工程应用中因其影响的复杂性,出现的事故与问题较为普遍。本文为了明确
在氢气的分离提纯技术中,膜分离法由于具有工艺设计简单、可与其他分离技术配合等特点,具有广阔的发展前景。在氢渗透提纯的金属膜中,Pd及其合金膜因其具有良好的氢渗透性和
目前政治学与行政学的研究都在致力于国家与市场、社会组织发展、政府治理与社会治理等重要问题,针对这些问题我们需要一种新的更有效的解析范式,研究社会资本理论与地方政府