中空碳纤维对尖晶石型钴酸盐的固载及其析氧性能的研究

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最近几年来,尖晶石型结构钴酸盐(如NiCo2O4,CuCo2O4等)因其地壳储量大、成本低廉、环境友好、电化学活性高、氧化价态丰富、化学性质稳定等优越的特性,在电催化领域具有广泛的应用前景和一定的研究价值。但是传统方法制备出的尖晶石型NiCo2O4,CuCo2O4等双金属过渡金属氧化物在作为电催化阳极析氧反应(OER)的催化剂时仍然存在一些缺点,例如由于材料之间的堆叠造成的比表面积小,活性位点低,材料本身常温下电导率低的缺点,在很大程度上阻碍了此类双金属过渡金属氧化物在OER上的应用与发展。本文针对尖晶石结构的NiCo2O4,CuCo2O4等双金属过渡金属氧化物电极存在的缺点,利用中空碳纤维大比表面积,高电子传输能力和电子传导效率的优势,将两者进行复合,通过水热、溶剂热、加热氧化等手段进行形貌上的调控,从而提高NiCo2O4,CuCo2O4双金属过渡金属氧化物在阳极反应的性能。具体研究内容如下:(1)通过静电与高温纺丝煅烧的制备方法制备出中空碳纤维负载的CuCo2O4复合纳米材料。在电流密度为10 m A cm-2条件下,该材料显示出273 mV的过电势,连续反应10小时较高的电流密度剩余值,表现出良好的循环稳定性。实验结果表明中空碳纤维与CuCo2O4针状结构的协同作用增大了催化剂的比表面积表面活性位点的数量,提供了新的电子电子转移路径,增强了传质效率以及气体消散、加速了反应动力学,从而提高了CuCo2O4的OER性能。(2)通过OER电化学测试,X射线衍射,扫描电子显微镜等技术手段对制备的电极进行性能的分析和形貌的表征,结果表明:制备出NiCo2O4@C与使用同样比例溶剂和合成温度所合成的NiCo2O4相比,Ni Co2O4@C在电流密度为10 m A cm-2条件下,显示出了336 m V的过电势和连续反应10小时较高的电流密度剩余值,89.6 mV dec-1的塔菲尔斜率和88.5μF cm-2的Cdl值和更小的阻抗以及循环CV 3 000圈前后更好的催化能力保持情况。
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