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不銹鋼催化電極

不銹鋼等相關材(cai)料由(you)于導電性較好,經濟且無污染,具有(you)較好的(de)電催化性能,一直是研究(jiu)(jiu)者的(de)廣泛(fan)關注的(de)目標,對(dui)其在催化過程(cheng)中的(de)機理的(de)研究(jiu)(jiu)也不斷(duan)加(jia)深(shen)。1966年,LeachSaunders發表了低碳(tan)鋼的析氫機理研究(jiu)成果。鑒于(yu)此,1970年(nian),不銹鋼(gang)被O'BrienSeto首(shou)次用(yong)作氫氧化鈉溶液中的(de)氫析出電極。但(dan)這些研究(jiu)都較少關注電流電壓特性(xing),也缺乏(fa)對法拉第效率(lv)的(de)測量(liang)等(deng)。2013年,Moureaux等首次(ci)對不銹鋼(用于水鋰空氣電(dian)池)的(de)析(xi)氧電催化(hua)進(jin)行了(le)深入研究分(fen)析(xi),把不銹鋼作為(wei)基底,將未處理的(de)316L不(bu)銹鋼在1M KOH中(zhong)測試發(fa)現,在100 mA cm-2的電(dian)流密度時,過電(dian)位為630 mV,具有一定的(de)電催(cui)化(hua)(hua)性能;然后詳細研究了催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)在催(cui)化(hua)(hua)過程中對催(cui)化(hua)(hua)劑(ji)表(biao)面裂紋形成(cheng)和成(cheng)分的(de)影響。接著,S.K.Tiwari等人采用未經處理(li)的AISI 302不(bu)銹鋼測試在1M KOH中的(de)水氧化(hua)催化(hua)能力(li),在25 mA cm-2的電流(liu)密度時,過電位(wei)只需(xu)400 mV,通過40 h的穩(wen)定性測試(shi),結果表明反(fan)應前(qian)后電位幾乎(hu)未(wei)(wei)有改變(bian)。通過不斷的探索研究,人們從(cong)直接(jie)將未(wei)(wei)處(chu)理(li)不銹鋼(gang)作為基底做(zuo)析(xi)氧催(cui)化劑,到目前(qian)已發展為對(dui)不銹鋼(gang)進行原位處(chu)理(li),提升其(qi)性能。比如,Schafer等(deng)人(ren)采(cai)用Cl 2對(dui)不銹鋼304的表(biao)面氧(yang)化改性,當電流密(mi)度為(wei)1.5 mA cm-2時(shi),其過(guo)電(dian)位為260 mV,同時發現表面(mian)氧(yang)化的AISI 304鋼在堿性(xing)和中(zhong)性(xing)環境下均表現出優異的電(dian)催化長期穩定(ding)性(xing)。Zhong等(deng)人采用水熱法和極化循(xun)環來(lai)激活不銹鋼的(de)催化性能,通過在(zai)氨水溶液(ye)中(zhong)刻蝕和電化學氧(yang)化還原從(cong)而在(zai)表面(mian)獲得了豐富的(de)鐵/鎳氫氧化物,在1M KOH環境下(xia)測試(shi),當電流密(mi)度為10 mA cm-2時,其氧(yang)析出(chu)過電位為290 mV,且具有較好的穩定性。而Sengeni Aantharaj將(jiang)不銹鋼用(yong)氫氧化鉀(jia)和(he)次氯酸鈉刻蝕處(chu)理六小時(shi),在1M KOH中測(ce)得(de)其氧析出性能在50 mA cm-2時過電位為288 mV;與(yu)未處理的不銹鋼相比(bi),電催化性(xing)能得(de)到了一定(ding)的提升。

在最近研究中,研究者最為關注的是硒化物、磷化物以及金屬硫化物等優異的催化劑。他們的研究發現,不銹鋼表面的鉻和鐵等金屬元素的組成及其含量將影響表面活性氧化性能。于是,研究人員通過將不銹鋼進行表面改性,與硫化物和磷化物等復合摻雜處理不銹鋼,以提高氧析出性能。Weitao Qiu等通過(guo)將不銹鋼材(cai)料在400℃的(de)氨(an)氣環境下(xia)煅燒制得氮化不銹(xiu)鋼NESS,從而得到(dao)了(le)良好的氧析出性能,在1M KOH中測得氧析(xi)出性能在10 mA cm-2的電(dian)流密度時需要過電(dian)位為278 mV,塔(ta)菲爾斜率僅為(wei)83 mV dec-1Xuan Liu等采(cai)用硫化(hua)處理煅燒(shao)不銹(xiu)(xiu)鋼,從而制得硫化(hua)不銹(xiu)(xiu)鋼SSFS,其氧析出性(xing)能在(zai)1M KOH中測(ce)得10 mA cm-2的電流密(mi)度時需要過電位為262 mV,塔菲爾斜率(lv)僅為42 mV dec-1。以(yi)上(shang)成果可以(yi)得出結論,通過表面(mian)改性(xing)不銹鋼作為一種非常(chang)高效和穩定的氧析出電(dian)極,在中性(xing)和堿性(xing)條(tiao)件下,對電(dian)催化引發水的裂解,在研究應用方面(mian)有很大的潛力。

雖(sui)然將不(bu)(bu)銹鋼(gang)進行(xing)各種處理方(fang)法改性(xing),作為(wei)催化(hua)電(dian)極材料在水(shui)分解(jie)應用中得到了(le)廣泛的(de)(de)研(yan)究(jiu),但一般而言,將不(bu)(bu)銹鋼(gang)材料轉化(hua)為(wei)催化(hua)電(dian)極的(de)(de)工作相對較少,還(huan)有許多的(de)(de)工作需要進行(xing)深(shen)入研(yan)究(jiu)。由于改性(xing)不(bu)(bu)繡(xiu)鋼(gang)表面的(de)(de)催化(hua)活性(xing)物質NiO(OH)等已在(zai)多種工(gong)業相關反(fan)應中(zhong)證明了它們(men)的(de)活(huo)性,這些材料在(zai)催化大(da)量反(fan)應中(zhong)擁有(you)較大(da)的(de)潛力。

文章作者:不銹鋼管|304不銹鋼無縫管|316L不銹鋼厚壁管|不銹鋼小管|大口徑不銹鋼管|小口徑厚壁鋼管-浙江至德鋼業有限公司

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