六方掺杂钙钛矿氧化物的设计及其在电催化析氧方面的应用

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dreamagain1986
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
寻找高活性和高稳定性的析氧反应(OER)电催化剂一直是可持续能源应用的一个关键并具有挑战性的环节。然而,由于OER具有缓慢的反应动力学,要提供实际应用所需的电流密度,需要相当大的过电位才能够实现。钙钛矿氧化物作为OER催化剂研究的热点之一,凭借其高度可调的元素组成和电子结构,表现出了高效的OER催化性能。但是目前对钙钛矿OER催化剂的研究局限于立方晶相体系,六方晶系钙钛矿的研究却很少。本文从晶相角度出发,以贵金属掺杂作为主要策略,合成一系列六方晶体结构的钙钛矿氧化物,并研究了它们在OER催化方面的表现:1.以Ba0.9Sr0.1Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF-91)12H相钙钛矿为母体,在B位掺杂少量 Ir 成功合成具有 6H 相的 Ba0.9Sr0.1Co0.8Fe0.1Ir0.1O3-δ(BSCFI-91)。在保持六方晶系的条件下,降低了其形成六方纯相结构的温度,减少了 c方向的层数。与母体BSCF-91相比,BSCFI-91的催化能力显著增强。在碱性1.0 M KOH中,电流密度达到10 mA cm-2时,BSCFI-91仅需要300mV的过电位,明显低于母体BSCF-91的384 mV过电位,同时具有较低的Tafel斜率(61.2 mV dec-1)和长达10小时(h)的OER催化稳定性。与商用RuO2和IrO2、标准的立方钙钛矿Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ(BSCF-55)以及其他立方晶系钙钛矿相比,BSCFI-91表现出了卓越的OER催化性能。结合X射线衍射图(XRD)精修结果和X射线光电子能谱(XPS)认为其优异的OER催化活性可归因于表面钴价态的还原和O22-/O-相对含量的提升。另外,由DFT计算结果发现Ir掺杂令BSCFI-91的O p带中心向费米能级处移动,这有利于增强BSCFI-91的OER催化能力。2.分别以立方相BSCF-55和六方相BSCF-91为母体合成了一系列低浓度Ir和Ru掺杂的六方钙钛矿氧化物。由XRD可发现BSCF-55掺杂体系多含杂相,晶体结构以10H相为主;BSCF-91掺杂体系晶相较纯,未发现明显杂峰,以6H相为主。电化学测试结果表明,BSCF-91掺杂体系整体OER催化效果优于BSCF-55掺杂体系。结合XPS谱图推断,催化剂催化活性随样品表面的O22-/O-相对含量升高而增强。此外,还探究了合成温度对晶相结构和OER性能的影响,温度升高,c方向层数增加,OER活性略有下降。
其他文献
开发海上风能已成为解决全球能源危机以及减缓全球气温升高的重要途径。通常情况下,海上风机基础的设计与安装费用约占风电场总造价的25%到40%,因此选择合适的基础型式以及相
地下中庭被广泛采用于商业综合体设计之中。建筑能耗高、内部热环境差等一系列问题给此类建筑空间设计带来巨大的挑战。本课题通过人群主观感受问卷调查、实地测试和数值模拟
全无机钙钛矿太阳能电池由于其优异的光电特性引起了人们的极大关注。相比于有机-无机杂化钙钛矿,全无机钙钛矿具有高量子产率、带隙可调、热稳定性好等优点,是钙钛矿太阳能
小城镇建设作为促进城乡融合,推进新型城镇化,实施乡村振兴的重要支撑点,目前,小城镇与大中城市相比在基础设施方面具有较大的比较劣势,雨水径流在高峰时期短时期内无法排放,
大气气溶胶是大气的重要组成部分,它对大气环境、气候等都有着很大的影响,同时它对人类生活、生产的影响也是不容小觑的。研究大气气溶胶的物理和光学特性,建立大气模式,有助于了解大气气溶胶的气候效应以及大气污染物对人类的危害等问题。因此,研究大气气溶胶的特性很有必要。海洋气溶胶作为大气气溶胶的组成部分,通过多种方式直接或间接的影响地气系统的能量收支以及气候变化。研究海洋气溶胶可以帮助人类进一步地认识海洋的
图像检索是一项富有生命力的研究课题,而细粒度级别的图像检索又是图像检索中具有十分广阔的应用前景和巨大研究价值的子课题,如电商图片搜索,科研动植物图像搜索等。相比于
视频内容分析是人类视觉理解一个重要任务。视频人体行为识别作为视频行为检测、关系推理与内容深度理解的基础研究,一直以来都是计算机视觉领域的研究热点。早期可按照提取
本文基于国内市场高抑价率的背景,通过研究承销商在新股上市时选择可比公司是否会有所倾向以及所选可比公司是否能够真正反映首次公开招募(IPO)公司价值的问题,发现承销商的
我国经济飞速发展,机动车保有量也急剧增加,为生活带来了一系列的交通与环境问题,同时也占用了大量社会资源。相关研究表明,若出行者群体愿意主动减少小汽车的使用,与其他出
玉米-大豆带状套作复合种植模式,增加了土地利用率,提高了作物产量。但受高位作物遮荫的影响,大豆茎秆伸长,易引发倒伏,进而限制了大豆的产量。因此开展耐荫性研究,培育丰产