溶膠—凝膠為前驅(qū)體的LaNiO-,3-微波合成及其電催化氧還原、析出機(jī)理的研究.pdf

1、雙功能氧電極由于對(duì)氧還原反應(yīng)和氧析出反應(yīng)都具有很高的催化活性和穩(wěn)定性從而在再生燃料電池和金屬-空氣電池中具有重要的應(yīng)用。穩(wěn)定、高效的催化劑是制備高效能的雙功能氧電極的關(guān)鍵因素之一。本論文以鈣鈦礦型雙功能氧電極催化劑LaNiO3為研究對(duì)象，運(yùn)用多種物理、化學(xué)的分析和測(cè)試手段以及電化學(xué)研究方法，系統(tǒng)研究了催化劑和雙功能氧電極的制備工藝，深入討論檸檬酸配比對(duì)LaNiO3催化劑和雙功能。氧電極電化學(xué)性能的影響。第一次用微電極法研究了LaNiO3

2、的本征電化學(xué)性能和電催化氧還原和析出反應(yīng)的機(jī)理。首次利用直接微波法合成了LaNiO3，并對(duì)合成的催化劑的電催化性能和催化機(jī)理作進(jìn)一步深入的研究。 通過TG-DTA、XRD和ESEM等測(cè)試手段確定了以溶膠一凝膠為前驅(qū)體的LaNiO3馬弗爐法和微波法合成的最佳工藝，通過極化曲線確定了氧電極的最佳組分配比。馬弗爐法合成LaNiO3時(shí)，檸檬酸配比對(duì)凝膠的形成，干凝膠的灰化溫度、灰化機(jī)理、灰化產(chǎn)物的形貌，LaNiO3的形成機(jī)理、表面形貌、

3、物相組成、成分均有較大的影響。微波法合成LaNiO3時(shí)，配比為La3+:Ni2+：H3Cit=1:1:0.4～1:1:1.0時(shí)前驅(qū)體中含有吸收微波能力較強(qiáng)的無定型LaNiO3和NiO，能夠合成含La4Ni3O10、La2NiO4、NiO雜相的LaNiCh。 通過XRD物相和晶相分析，XPS、EDS表面元素分析，陰極和陽極極化曲線和循環(huán)伏安曲線測(cè)試，電化學(xué)交流阻抗分析以及極化曲線的數(shù)學(xué)處理等手段研究了不同檸檬酸配比制備的LaNiO

4、3電催化劑和氧電極的電化學(xué)性能。發(fā)現(xiàn)不同配比檸檬酸合成的LaNiO3對(duì)氧的還原反應(yīng)和析出反應(yīng)的催化能力有較大差異。這是由于不同檸檬酸配比合成的LaNiO3的晶相、形貌、粒徑、體相和表面元素分布、表面氧種有較大的差異造成的。配比為La3+：Ni2+：H3Cit=1:1:0.6時(shí)合成的納米棒狀的LatNiO3催化劑Ni滾面活性中心多，顆粒細(xì)小、均勻，比表面積大，對(duì)氧的還原反應(yīng)和析出反應(yīng)均有較好的催化活性；配比為La3+：Ni2+：H3Cit

5、=1:1:3.0時(shí)合成的微米級(jí)片狀的LaNiO3，表面有較多的Ni活性中心和有序化的晶格氧缺陷，催化劑對(duì)氧還原反應(yīng)的催化性能較好。配比為La3+：Ni2+：H3Cit=1:1:0.6時(shí)，微波法合成的LaNiO3由于含有較多的導(dǎo)電性好、催化活性高的La4Ni3O10和扭曲的LaNiO3，催化氧還原反應(yīng)和氧析出反應(yīng)的能力均比相同條件下馬弗爐法合成的LaNiO3高。 本論文還對(duì)LaNiO3電催化劑的工作機(jī)理進(jìn)行了探討，通過粉末微電極和