21世紀(jì)能源問(wèn)題是一個(gè)急需解決的難題，越來(lái)越多的人嘗試?yán)眯履茉磥?lái)彌補(bǔ)空缺。氫能源因其清潔、高效等特點(diǎn)在近些年發(fā)展迅速。制造氫能源的方法多數(shù)來(lái)源于電解水，電解材料的性能極大程度上影響了電解水的能力，因此電催化材料的研究和改進(jìn)具有十分現(xiàn)實(shí)的意義。

在泡沫電極還未發(fā)展之前，人們大多都是用普通金屬作為電極進(jìn)行析氫，而Pt是公認(rèn)的析氫效果最好的金屬，但是由于其昂貴的價(jià)格，并未能廣泛運(yùn)用于電解水工藝，而其次較為突出的是鎳，高鵬等人研究了堿性環(huán)境中鎳電極的析氫機(jī)理，得出了較為清晰的反應(yīng)歷程。

常規(guī)金屬之后，多孔金屬因其表面積大等一系列優(yōu)越性能被大量運(yùn)用到析氫工藝中。而泡沫金屬則是進(jìn)一步發(fā)展了多孔金屬的物理優(yōu)越性，并且因其易負(fù)載其他金屬這一突出特點(diǎn)，被逐漸運(yùn)用到電解水中。鑒于鎳元素價(jià)格合理，并且析氫能力較好，其析氫能力相對(duì)于普通鎳提高了很多，并且因?yàn)殒囋氐难由煨暂^好，負(fù)載能力較強(qiáng)，而且制成的電極材料性能穩(wěn)定，逐漸形成了泡沫鎳基電極的體系。

泡沫鎳負(fù)載一元物質(zhì)作為析氫電極

圖1 Pt/NF電極SEM圖

圖2 Ni-Mo合金電極50倍SEM圖

通過(guò)浸漬沉積法制備的Pt/NF電極的SEM圖如圖1所示，與一般材料不同，Pt納米粒子沒(méi)有負(fù)載在孔的內(nèi)部而是均勻地負(fù)載在NF電極的表面，可以看出Pt納米粒子的直徑大約200～500 nm。電極的表面相較之下更加粗糙，增大了其比表面積，便有利于提高電極的析氫催化活性。泡沫鎳負(fù)載Mo的合金電極如圖2所示，表面存在大量裂紋，電鍍Ni-Mo合金時(shí)產(chǎn)生大量的氫氣導(dǎo)致這些裂紋的產(chǎn)生。而在長(zhǎng)時(shí)間電解過(guò)程中，由于氫氣劇烈析出，這些裂紋容易導(dǎo)致鍍層脫落，從而使電極活性降低。由于Ni-Mo合金鍍層的納米晶結(jié)構(gòu)，且表面存在大量的小突起，Ni-Mo合金才具有較高的真實(shí)表面積。采用電沉積法制備的Fe/NF電極也可以顯著提高電極的析氫催化活性，大量的Fe納米粒子沉積在光滑的泡沫鎳電極表面，可以使電極的表面更加粗糙，有效增大比表面積，從而提高了電極的析氫催化活性。泡沫鎳表面沉積銅膜，泡沫鎳表面沉積金屬銅不僅沒(méi)有促進(jìn)催化析氫作用，相反抑制了泡沫鎳的析氫性能。吳梅等人制備的Ni-WC/Ni電極析氫電極的極化電流比泡沫Ni電極平均大50 mA/cm2以上。

泡沫鎳負(fù)載二元物質(zhì)作為析氫電極

泡沫鎳負(fù)載Ni-Mo制備復(fù)合電極，大量的Ni-Mo小顆粒突起存在于復(fù)合電極的金屬大顆粒上，這些小突起大幅增加了復(fù)合電極的比表面積。與Ni-Mo合金電極比較，在電流密度200 mA/cm2時(shí)，復(fù)合電極析氫過(guò)電位比Ni-Mo合金低50 mV左右，說(shuō)明具有活性表層的復(fù)合電極活性比相應(yīng)的合金高。通過(guò)電沉積方法制備泡沫鎳負(fù)載Cu-Co電極，與單金屬層電極相比，獲得的NF/Cu0.01/Co0.05表面復(fù)合層電極表現(xiàn)出更好的析氫活性和穩(wěn)定性，其獲得的粗糙表面以及鈷外層和銅內(nèi)層之間的協(xié)同作用下，其產(chǎn)生的析氫電流是泡沫鎳的2.82倍，就有較高的使用價(jià)值。運(yùn)用電沉積法+浸漬沉積法制備復(fù)合材料Pt-Fe/NF電極，Pt-Fe/NF電極表面在Fe/NF和Pt/NF電極表面基礎(chǔ)上納米粒子更加緊密，該電極相對(duì)于Fe/NF和Pt/NF電極具有更大的比表面積，提高了復(fù)合催化劑的析氫性能。然而，Pt-Fe/NF電極在酸性溶液中穩(wěn)定性不好。

泡沫鎳負(fù)載三元物質(zhì)作為析氫電極

在Ni-Mo-Fe合金中加入了稀土元素La后，新鍍層表面的顆粒較之前的鍍層相比更細(xì)致和平整光滑，致密性有了提高，從而降低了表面能，使得金屬離子更好地吸附在基體表面，對(duì)于合金的成核而言得到很好的催化中心，提高了形核率并且細(xì)化了晶粒，提高了新鍍層的真實(shí)表面積。稀土元素La的加入增大了鍍層的真實(shí)表面積，引入稀土元素La明顯提高了電極的析氫能力。

總結(jié)

近年來(lái)泡沫鎳基電極發(fā)展十分迅速，本文對(duì)制備成熟并且大量使用的泡沫鎳基材料進(jìn)行總結(jié)，分析不同的負(fù)載物對(duì)析氫能力的影響。隨著負(fù)載物的增加，相互作用越發(fā)復(fù)雜，多元負(fù)載物對(duì)鎳基的性能有大大的促進(jìn)作用，在今后的研究中可以多進(jìn)行元素之間的結(jié)構(gòu)探究，將非金屬元素，過(guò)度元素等相互有促進(jìn)作用的負(fù)載到鎳基上，進(jìn)一步提高其析氫能力。