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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选择性,是目前工业应用中常见的氢分离合金膜。但Pd作为一种贵金属,资源稀缺,价格昂贵,导致其在工业化应用中成本过高,无法大规模生产。与之相比,VB族金属(如Nb,V,Ta)在保证较高的氢渗透性的同时,大大降低了材料成本。在VB族金属中,Nb基在理论上具有最高的氢渗透性能,但是在已知的实验中,以Nb为基片制备的复合膜,其氢渗透性能均不如以V为基片的复合膜,这与基片材料对表面催化薄膜的组织形貌影响有关;而纯Ta易发生氢脆现象,因此,本文选用V箔为基片,在表面施镀催化膜,制备得到具有良好氢解离能力及高氢渗透性能的氢解离催化复合膜。在表面催化膜的选取中,过渡族金属碳化物因其与Pt族金属相近的高氢催化活性备受关注。与Mo2C和WC相比,VC具有更小的密度,在负载相同重量和相同晶粒尺寸的情况下,VC可以提供更大的暴露表面,这也使VC成为了替代Pd金属成为表面催化膜材料的合适选择。因此,本课题选取VB族金属V箔为基片,通过磁控溅射工艺制备VC/V复合膜,采用单一变量法,将实验分为A、B、C、D四组,系统地研究了基片温度、溅射功率、溅射时间及基片负偏压等工艺参数对VC/V复合膜中表面催化膜的相组成和结构的影响规律,并结合电化学测试方法,从线性伏安测试(LSV)、电化学阻抗谱测试(EIS)、循环伏安测试(CV)以及电化学双层电容测试等多个方面表征了不同条件制备的VC/V复合膜的析氢催化性能。并在此基础上,选取基片温度为变量,对复合膜进行氢溶解及氢渗透测试,探究其氢渗透过程的反应速率限制步骤及反应机制。结合VC/V复合膜的表面GIXRD测试结果及电化学析氢测试结果可知,当磁控溅射参数选取基片温度为室温,溅射功率为200 W,溅射时间为20 min,基片负偏压为0 V时,制备得到的VC/V复合膜的电化学析氢催化性能和稳定性最好。此时,当交换电流密度j为10 m A cm-1时,析氢过电位为580 m V,Tafel曲线斜率为145 m V dec-1,电荷转移电阻约为1.23 kΩ,双层电容量Cdl为2.85 m F cm-2,经500次循环伏安曲线测试,过电位偏移不超过20 m V。氢溶解测试结果表明,从热力学角度分析,等温平衡状态下,复合膜的氢溶解度主要由钒基片控制,随温度升高,氢溶解度下降,这主要与H在V中溶解放热有关,封闭环境下,温度升高,不利于放热反应进行,因此,氢溶解度减小。从动力学角度分析,VC/V复合膜的吸氢动力学曲线主要符合Ginsling-Braunshtein模型,受氢原子扩散过程限制;V箔的动力学吸氢过程符合两个模型,后一阶段与VC/V复合膜相同,符合Ginsling-Braunshtein模型,而前一阶段符合形核长大模型,受氢化物形核长大过程限制。氢渗透测试结果表明,当基片温度为673 K时,制备得到的复合膜氢渗透性能最好,其次是室温,473 K时最差,这可能与基片温度为473 K时制备的VC/V复合膜晶格常数减小有关。在渗氢温度为873 K时,各复合膜都展现出了优异的氢渗透通量,而随着渗氢温度的降低,不同基片温度的薄膜渗氢性能出现了明显差异。在同一渗氢温度下,渗氢通量J均随上游压力升高而增大,近似满足线性关系。温度越高,上游氢气压影响越大,即氢渗透系数Φ越大。通过对Pu-J曲线的最小二乘法拟合,可以发现,当温度较高时,n值更接近于0.5,即主要受体扩散限制,随着温度逐渐降低,n值逐渐趋近于1,说明表面限制的影响逐渐增大,并占据主导地位。