鈣鈦礦型雙功能氧電極LaNiO3的研究.pdf

1、論文依據(jù)鈣鈦礦作為鋰-空氣電池催化劑的原則，選取鈣鈦礦型氧化物LaNiO3為研究對象。以乙二醇為增稠劑、檸檬酸為絡合劑，采用溶膠-凝膠法合成鈣鈦礦氧化物LaNiO3催化劑。對其B位進行不同比例的Co、Mn、Fe摻雜，改善其電催化性能。采用XRD、FEEM、XPS等表征手段研究所合成催化劑的晶體結(jié)構(gòu)、形貌以及表面元素組成，并使用薄膜旋轉(zhuǎn)圓盤電極技術(shù)，測試合成催化劑材料的氧還原反應(ORR)和氧氧化反應(OER)電催化性能。
　　氧還

2、原反應(ORR)及氧氧化反應(OER)極化曲線表明，玻碳電極、XC-72Carbon與LaNiO3催化劑材料的ORR及OER雙功能催化性能逐漸增大。對于LaNi1-xCoxO3(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，1.0)鈣鈦礦型氧化物，LaNi0.8Co0.2O3具有最優(yōu)的雙功能催化活性。其ORR起始電壓為-0.077 V，極限電流為5.2 mA/cm2，氧還原反應電子數(shù)為4。LaNi0.8Co0.2O3具有最大的

3、OER極限電流(68 mA/cm2)與最負的OER起始電壓(0.35 V)。LaNi0.6Co0.4O3具有與LaNi0.8Co0.2O3接近的OER極限電流，但LaNi0.6Co0.4O3具有更正的OER起始電壓。XPS圖譜表明，用少量的Ni被Co取代，會增大鈣鈦礦型氧化物表面的Ni3+/Ni2+比例。但當Co的摻雜量很大(x＞0.2)時，隨著摻雜比例的增大，Ni3+/Ni2+的比例并不會逐漸增大。隨著Co的摻雜比例的增大，LaNi1

4、-xCoxO3(x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6，1.0)催化劑材料的表面羥基氧(-OH)的含量逐漸增大，催化劑表面B-O2的共價程度增強。
　　對于LaNi1-yMnyO3(y=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6)鈣鈦礦型氧化物，LaNi0.8Mn0.2O3具有最優(yōu)的雙功能催化活性。其ORR起始電壓為-0.107 V，極限電流為5.5 mA/cm2，氧還原反應電子數(shù)為4。LaNi0.8Mn0

5、.2O3具有最大的OER極限電流(70 mA/cm2)與最負的OER起始電壓(0.31 V)。LaNi0.6Mn0.4O3具有與LaNi0.8Mn0.2O3接近的OER極限電流，但LaNi0.6Mn0.4O3具有更正的OER起始電壓。XPS圖譜表明，用少量的Ni被Mn取代，會增大鈣鈦礦型氧化物表面的Ni3+/Ni2+比例。但當Mn的摻雜量很大(y＞0.2)時，隨著摻雜比例的增大，Ni3+/Ni2+的比例并不會逐漸增大。隨著Mn的摻雜比例

6、的增大，LaNi1-yMnyO3(y=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，0.6)催化劑材料的表面羥基氧(-OH)的含量逐漸增大，催化劑表面B-O2的共價程度增強。
　　對于LaNi1-yFeyO3(y=0，0.1，0.2，0.6)鈣鈦礦型氧化物，LaNi0.8Fe0.2O3具有最優(yōu)的雙功能催化活性。因此，組裝了以LaNi0.8Fe0.2O3為催化劑的鋰空氣電池，以分析其電化學充放電性能。結(jié)果表明，組裝的電池充放電容量在5