磷化镍/改性氧化石墨电化学析氢性能及硝酸盐还原的研究

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氢作为一种高效、无污染、可再生的清洁能源,是化石燃料的理想替代者。对于氢气的产生,电解水被认为是一种可持续、环境友好的方法,得到了广泛的应用和发展。在众多析氢材料中,磷化镍(Ni2P)以其制备过程简便、成本低廉、催化活性高的特点备受人们关注,但它的比表面积较小,导致暴露的活性位点数目很少,限制了其在电化学析氢领域的应用,因此,寻求一种合适载体以提高它的导电性成为该领域的研究重点。本研究分别以掺氮还原氧化石墨和掺硼还原氧化石墨为载体,采用水热法制备两种复合材料,即磷化镍/掺氮还原氧化石墨(Ni2P/NRGO)和磷化镍/掺硼还原氧化石墨(Ni2P/BRGO),表征测试其组织形态,并评价了其在酸性介质中电化学析氢性能。结果表明,两种复合材料的析氢性能均优于纯磷化镍,这得益于掺杂还原氧化石墨的高导电性和大的比表面积。其中,掺氮系列中,Ni2P/NRGO-0.17的析氢性能最优,具有较低的起始电位(78 mV)、小的塔菲尔斜率(57 mV/dec)以及大的交换电流密度(4.8×10-66 A/cm2);而对于掺硼复合材料来说,Ni2P/BRGO-0.25以其较低的起始电位(58 mV)、小的塔菲尔斜率(54 mV/dec)、多的活性位点(8.02×10-9mol/cm2),表现出了最优的电催化析氢性能。同时,二者在酸性介质中的循环利用性能优良。此外,本研究尝试电化学析氢用于硝酸盐还原的应用探究,研究了电化学析氢对水体中硝酸盐的还原处置效能。结果表明,当硝酸盐氮的起始浓度为22.6 mg/L,外加电流为50 mA且磁力搅拌速度为中速时,其在两小时内达到最大还原去除效率可达52%,这为水环境中氮源营养物去除和氢能源放利用拓展了新路径。
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