Каталитическая активность порошковых сплавов никель–медь в процессах электрохимического выделения водорода в растворе щелочи и щелочном растворе этанола

Методом совместного химического восстановления Ni(II) и Cu(II) гидратом гидразина синтезированы сплавы Ni₉₃Cu и Ni₈₂Cu (ат.%), состоящие из кристаллических фаз никеля, твердого раствора меди в никеле. Определение емкостным методом электрохимически активной площади поверхности рабочих графитовых электродов с «каталитическими чернилами», содержащими порошки Ni₉₃Cu и Ni₈₂Cu, показало, что она на 4 и 20 % больше, чем для порошка никеля. Установлено, что порошковые сплавы Ni₉₃Cu и Ni₈₂Cu применимы в качестве катализаторов электрохимического процесса выделения водорода в растворах щелочей и щелочном растворе этанола. Определено, что каталитическая активность порошкового сплава Ni₈₂Cu в процессе выделения водорода в щелочном растворе этанола выше, чем для порошков никеля и Ni₉₃Cu. Каталитическая способность порошкового сплава Ni₈₂Cu при циклировании в течение 25 циклов практически не меняется в отличие от Ni и Ni₉₃Cu.

1. Current progress of Pt and Pt-based electrocatalysts used for fuel cells / X. Ren [et al.] // Sustain. Energy Fuels. – 2020. – Vol. 4, N 1. – P. 15–30. https://doi.org/10.1039/C9SE00460B

2. Meng, H. Recent development of Pd-based electrocatalysts for proton exchange membrane fuel cells / H. Meng, D. Zeng, F. Xie // Catalysts. – 2015. – Vol. 5, N 3. – P. 1221–1274. https://doi.org/10.3390/catal5031221

3. A mini review on nickel-based electrocatalysts for alkaline hydrogen evolution reaction / M. Gong [et al.] // Nano Res. – 2016. – Vol. 9, N 1. – P. 28–46. https://doi.org/10.1007/s12274-015-0965-x

4. Electrocatalytic activity of Ni nanowires prepared by galvanic electrodeposition for hydrogen evolution reaction / J. K. Lee [et al.] // Catal. Today. – 2009. – Vol. 146, N 1–2. – P. 188–191. https://doi.org/10.1016/j.cattod.2008.12.007

5. Electrodeposited Ni dendrites with high activity and durability for hydrogen evolution reaction in alkaline water electrolysis / S. H. Ahn [et al.] // J. Mater. Chem. – 2012. – Vol. 22, N 30. – P. 15153–15159. https://doi.org/10.1039/C2JM31439H

6. Synthesis of dendritic nano-sized nickel for use as anode material in an alkaline membrane fuel cell / S. J. Ewing [et al.] // Fuel Cells. – 2010. – Vol. 10, N 1. – P. 72–76. https://doi.org/10.1002/fuce.200900102

7. Single-crystalline ultrathin nickel nanosheets array from in situ topotactic reduction for active and stable electrocatalysis / Y. Kuang [et al.] // Angew. Chem. Int. Ed. – 2016. – Vol. 55, N 2. – P. 693–697. https://doi.org/10.1002/anie.201509616

8. Ďurovič, M. Electrocatalysts for the hydrogen evolution reaction in alkaline and neutral media. A comparative review / M. Ďurovič, J. Hnát, K. Bouzek // J. Power Sources. – 2021. – Vol. 493. – P. 229708. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2021.229708

9. Ngamlerdpokin, K. Electrodeposition of nickel–copper alloys to use as a cathode for hydrogen evolution in an alkaline media / K. Ngamlerdpokin, N. Tantavichet // Int. J. Hydrog. Energy. – 2014. – Vol. 39, N 6. – P. 2505–2515. http://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.12.013

10. Ni–Sn coatings as cathodes for hydrogen evolution in alkaline solutions / B. M. Jović [et al.] // Electrochim. Acta. – 2013. – Vol. 114. – P. 813–818. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2013.06.024

11. Clean hydrogen generation through the electrocatalytic oxidation of ethanol in a proton exchange membrane electrolysis cell (PEMEC): effect of the nature and structure of the catalytic anode / C. Lamy [et al.] // J. Power Sources. – 2014. – Vol. 245. – P. 927‒936. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2013.07.028

12. Hydrogen generation from alkaline solutions of methanol and ethanol by electrolysis / I. Ulusoy [et al.] // ECS Trans. – 2009. – Vol. 19, N 10. – P. 77–94. https://doi.org/10.1149/1.3237110

13. Campos-Roldán, C. A. Experimental protocol for HOR and ORR in alkaline electrochemical measurements / C. A. Campos-Roldán, R. G. González-Huerta, N. Alonso-Vante // J. Electrochem. Soc. ‒ 2018. ‒ Vol. 165, N 15. – Р. J3001– J3007. https://doi.org/10.1149/2.0011815jes

14. Comparison of electrochemical active surface area methods for various nickel nanostructures / E. Cossar [et al.] // J. Electroanal. Chem. – 2020. – Vol. 870. – 114246. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2020.114246

15. Cu–Ni nanoalloy phase diagram – prediction and experiment / J. Sopousek [et al.] // Calphad. – 2014. – Vol. 45. – P. 33–39. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2013.11.004

16. Ощепков, А. Г. Исследование водородных электродных реакций на никелевых электрокатализаторах в щелочной среде: дис. … канд. хим. наук: 02.00.15 / А. Г. Ощепков. – Новосибирск, 2017. – 157 л.

17. Nickel-based electrodes as catalysts for hydrogen evolution reaction in alkaline media / Y. Zhu [et al.] // Ionics. – 2018. – Vol. 24, N 4. – Р. 1121–1127. https://doi.org/10.1007/s11581-017-2270-z

18. Electrochemically fabricated NiCu alloy catalysts for hydrogen production in alkaline water electrolysis / S. H. Ahn [et al.] // Int. J. Hydrog. Energy. – 2013. – Vol. 38, N 31. – P. 13493–13501. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.07.103