基于兩相界法調(diào)控鈷基水滑石納米片結(jié)構(gòu)與組成及電催化析氧性能.pdf

1、氫氣具有清潔、無污染、可持續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，可以作為化石能源的代替品進(jìn)行使用。電催化分解水產(chǎn)氫具有高效、清潔等優(yōu)勢(shì)，因而受到人們的廣泛關(guān)注。電催化分解水存在析氫(HER)和析氧(OER)兩個(gè)半反應(yīng)，其中OER涉及到多個(gè)電子的轉(zhuǎn)移過程，相比于HER更為復(fù)雜，并且OER在燃料電池、金屬-空氣電池等多種清潔能源轉(zhuǎn)化過程中均發(fā)揮著關(guān)鍵作用，因此開發(fā)OER電催化劑更加有意義。
　　過渡金屬具有豐富、多樣的d態(tài)電子軌道，其中鈷的氧化物、氫氧化物理論的

2、吉布斯自由能（△Go*-△GoH*）接近于IrO2和RuO2，表現(xiàn)出較高的OER催化活性。二維納米片(NSs)具有較大的比表面積，豐富的配位不飽和鍵可以作為活性位，二維結(jié)構(gòu)是良好的定向電荷傳輸通道，因而在電催化反應(yīng)中展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)?；阝捇瑢硬牧系膬?yōu)勢(shì)，本論文利用兩相界面法合成了一系列鈷基納米薄片，并通過調(diào)整兩相界面張力控制納米片厚度;適當(dāng)引入硫源和硒源，在界面還原的過程反應(yīng)中原位實(shí)現(xiàn)硫摻雜和硒化物點(diǎn)綴，從而進(jìn)一步優(yōu)化鈷基（氫）氧化

3、物納米片的電催化OER活性。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)以甲苯相中鈷-有機(jī)胺為金屬源，以NaBH4水溶液為還原劑，利用課題組發(fā)展的液-液界面誘導(dǎo)組裝策略，成功合成了CoCo水滑石(CoCo LDH)納米片。通過改變油、水兩相界面張力，控制界面擠壓力，以實(shí)現(xiàn)CoCo LDH納米片層厚度，并細(xì)致探討了納米片層厚度對(duì)電催化OER活性的影響。
　　(2)以Na2S為沉淀劑，在兩相界面處成功地將甲苯相中鈷-有機(jī)胺中鈷離子拽入水相，合

4、成了硫摻雜的CoCo LDH納米片(Co-S NSs)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硫原子取代了部分氧原子嵌入到水滑石中。硫摻雜改變了CoCo LDH局域電子構(gòu)型，不僅增加了OER活性位點(diǎn)的密度，而且增強(qiáng)了材料的導(dǎo)電能力，從而改善了催化劑活性。
　　(3)本文通過改進(jìn)的原位還原和界面定向自組裝，在惰性氣氛下設(shè)計(jì)并合成了二維CoSex納米晶點(diǎn)綴的多孔CoCo LDH納米片復(fù)合材料(Co-Se NSs)。在甲苯-水界面間，鈷-有機(jī)胺配合物和NaHS

5、e同步發(fā)生還原反應(yīng)與沉淀反應(yīng)，水合的Co-O和Co-Se簇在界面張力的驅(qū)動(dòng)下產(chǎn)生強(qiáng)擠壓作用并迅速自組裝。此外，由于金屬CoSex具有較強(qiáng)的吸電子能力，電子可以自發(fā)地從CoCo LDH轉(zhuǎn)移到相鄰的CoSex納米晶體上，因此CoCo LDH中的更多Co原子呈現(xiàn)出高氧化態(tài);由于CoSex類金屬性改善其電導(dǎo)率，因而Co-Se NSs具有對(duì)OER的高催化活性。尤其是Co-Se-2NS的起始電位僅為1.48V，10mA cm-2電流密度的過電位為2