论文部分内容阅读
一次能源的短缺和环境污染问题越来越引起科学界对新型氢能源的密切关注。氧析出反应(OER)作为电解水制氢的限制反应更是受到科学界广泛重视,其中,开发高效的OER电催化剂是当前的研究重点。OER电催化剂的研究主要集中在价格低廉、活性较高的非贵金属催化剂上。但是,现有OER电催化剂的活性和稳定性还有待进一步提高,以增大其实际应用的潜力。所开发的电催化材料需要具有优异的本征活性点、修饰的最佳电子状态、与电解液间较大的接触面积、快速的电子传输能力。目前研究的最多的钴、镍、铁、钨基金属氧化物具有优良的OER电催化活性。在本文中,含有CoNi的多酸(NiCo-POM)和铁掺杂的CoWO4双金属氧化物作为研究对象。前者是通过在工作电极泡沫镍上进行原位生长,以实现NiCo-POM的取向生长以及与泡沫镍的紧密结合,增加了催化材料的稳定性。同时,活性物质生长在泡沫镍骨架上可增大与电解液的接触面积,加速电子传递进而增大电催化活性;后者采用不同含量铁进行掺杂,调变金属氧化物的最佳电子状态,改善电催化剂对OER的催化活性,并通过与一维导电性CNT进行复合,提供活性物质生长基底,增加材料导电性以及稳定性。具体研究如下:1、采用简单的一步水热方法,成功地将NiCo-POM生长到电极泡沫镍上,并对其结构和电催化性能进行了研究。具体工作内容如下:通过水热,将NiCo-POM生长到泡沫镍电极上,成功地制备了新型的NiCo-POM和泡沫Ni复合材料,即NiCo-POM/Ni电极。将NiCo-POM/Ni作为OER电催化工作电极,在10mA cm-2的电流下,过电势为360mV,显示出优良的电催化活性,Tafel斜率值为126 mV dec-1,表现了较快的动力学过程。NiCo-POM/Ni电极具有较高的析氧效率,其法拉第效率为96%± 5%。在pH=13的碱性条件下,活性保持10 h不发生变化。2、采用简单的一步溶剂热方法,成功地将不同Fe掺杂的CoWO4与CNT复合,并对其结构和电催化性能进行了研究。具体工作内容如下:通过添加不同比例的Fe和Co,合成一系列不同Fe掺杂的CoWO4与CNT复合材料,即 Co1-xFexWO4-CNT。将 Co1-xFexWO4-CNT 作为 OER 电催化材料,研究结果表明,电催化活性满足火山型规则,其中Co0.5Fe0.5WO4-CNT具有最优异的电催化性能,在电流密度10mAcm-2时可以具有低至290 mV的过电势以及低至42 mV dec-1的Tafel斜率值。在300 mV过电势控制电压催化中,10 mA cm-2的电流可以稳定保持10 h而不发生变化。Co1-xFexWO4-CNT的设计对于发展高效、稳定、低价、环境友好的OER电催化剂提供了新的策略。