금속 니켈의 전기화학: 산화물, 수산화물, 수소화물 및 알카리 수소 발생

수용성 알카리 매체에서 Ni 기반 촉매는 전해 수소 생성에 대한 저렴한 전극 재료로, 연료 및 산업 원료를 생산하는 재생 가능한 방법입니다. 그러나 Ni 음극은 전기분해 몇 시간 후에 수소 발생 반응(HER) 활성에서 상당한 감소를 보입니다. 또한 산업 전기분해기는 종종 일시적인 양극 전류에 노출되며, 이는 Ni 기반 촉매에 미치는 영향이 잘 알려져 있지 않습니다. 우리는 순환 전압 분석(CV), 정전류 및 정전압 분극, X선 회절(XRD) 및 X선 광전자 분광법(XPS)을 통해 알카리 용액 내에서 매끄러운 금속 Ni 전극에 대한 전극 비활성화의 원인과 일시적인 양극 전류의 영향을 고려합니다. 연마된 표면은 비유동성 NiOx에 기반한 α-Ni(OH)2로 구성된 이중층으로 덮여 있습니다. 가역 수소 전극(RHE) 전위 이하에서 공기에서 형성된 층은 대부분 Ni 금속으로 환원되며 H 원자는 전극 물질 깊숙이 포함됩니다. 산업 조건 하에서 즉, 농축 NaOH/KOH 용액과 큰 음극 전류 밀도에서 α-NiHx 및 β-NiHx가 전극 표면에 형성될 수 있습니다. RHE 전위 이상에서 NiOx, α-Ni(OH)2, β-Ni(OH)2 및 β-NiOOH가 가역적으로 형성되며, 대부분 이후 음극 분극에서 Ni로 다시 환원됩니다. 그러나 반복적인 산화 및 환원은 촉매 물질에 스트레인을 유발하여 기계적 고장으로 이어질 수 있습니다.