鎳基非貴金屬催化劑的制備及電催化水分解性質(zhì)研究.pdf

1、電催化或光催化水分解制氫，是解決能源危機(jī)和環(huán)境污染的有效途徑之一。貴金屬催化劑具有較高的催化水分解的活性，但是由于貴金屬低儲(chǔ)量、高成本的特點(diǎn)，限制了其大規(guī)模應(yīng)用。因此，尋找有效的非貴金屬材料催化劑變得尤為重要。
　　近年來(lái)，人們一直在嘗試改進(jìn)非貴金屬催化劑的催化性能，包括:降低催化水分解的過(guò)電勢(shì)、提高催化活性、提高能量轉(zhuǎn)換效率、提高穩(wěn)定性等。本文通過(guò)兩種途徑來(lái)提高鎳基材料的催化性能:(1).通過(guò)電沉積法，將鎳基材料生長(zhǎng)在碳納米管修

2、飾電極上，用于催化水分解。(2).合成雙金屬氧化物NiCo2O4納米線，對(duì)其催化水氧化的性能進(jìn)行分析。
　　在陽(yáng)極電勢(shì)下，在含有鎳離子的硼酸鉀(KBi)緩沖溶液中，鎳基材料通過(guò)電沉積生長(zhǎng)到了MWCNTs/ITO上。電化學(xué)測(cè)試顯示NiOx-MWCNTs電催化劑材料具有很好的催化活性和較低的過(guò)電勢(shì)(～200mV)。NiOx催化劑材料通過(guò)掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線能量散射譜(EDX)和X射線光電子能譜(XPS)測(cè)試進(jìn)行了進(jìn)一步的表

3、征。
　　在含有鎳離子的KBi溶液中，在還原電勢(shì)下(-1.2V vs.Ag/AgCl)，電沉積到MWCNTs上的鎳基薄膜能夠有效的用于產(chǎn)氧反應(yīng)(OER)和產(chǎn)氫反應(yīng)(HER)。在還原狀態(tài)下，H2-NiOx-MWCNTs催化劑薄膜能夠在低過(guò)電勢(shì)下有效地催化產(chǎn)氫反應(yīng)。當(dāng)轉(zhuǎn)換為氧化條件時(shí)(+1.1V vs.Ag/AgCl)，MWCNTs上的無(wú)定形H2-NiOx薄膜轉(zhuǎn)換成了另一種無(wú)定形材料(O2-NiOx)，能夠有效地用于水氧化反應(yīng)。NiO

4、x-MWCNTs催化劑通過(guò)SEM，透射電子顯微鏡(TEM)，EDX和XPS進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示O2-NiOx-MWCNTs薄膜的O含量高于H2-NiOx-MWCNTs薄膜的O含量。NiOx-MWCNTs具有良好的穩(wěn)定性，當(dāng)電勢(shì)在還原狀態(tài)和氧化狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，薄膜的催化性能能夠既催化水還原產(chǎn)氫又催化水氧化產(chǎn)氧。
　　此外，我們利用簡(jiǎn)單的兩步法，合成了NiCo2O4納米線陣列(NWAs)。NiCo2O4NWAs催化劑作為工作電極催化水