鈷鎳鐵鎢基金屬氧化物材料的制備及OER性能研究.pdf

1、一次能源的短缺和環(huán)境污染問題越來越引起科學(xué)界對(duì)新型氫能源的密切關(guān)注。氧析出反應(yīng)(OER)作為電解水制氫的限制反應(yīng)更是受到科學(xué)界廣泛重視，其中，開發(fā)高效的OER電催化劑是當(dāng)前的研究重點(diǎn)。 OER電催化劑的研究主要集中在價(jià)格低廉、活性較高的非貴金屬催化劑上。但是，現(xiàn)有OER電催化劑的活性和穩(wěn)定性還有待進(jìn)一步提高，以增大其實(shí)際應(yīng)用的潛力。所開發(fā)的電催化材料需要具有優(yōu)異的本征活性點(diǎn)、修飾的最佳電子狀態(tài)、與電解液間較大的接觸面積、快速的電子傳輸能

2、力。目前研究的最多的鈷、鎳、鐵、鎢基金屬氧化物具有優(yōu)良的OER電催化活性。在本文中，含有CoNi的多酸(NiCo-POM)和鐵摻雜的CoWO4雙金屬氧化物作為研究對(duì)象。前者是通過在工作電極泡沫鎳上進(jìn)行原位生長(zhǎng)，以實(shí)現(xiàn)NiCo-POM的取向生長(zhǎng)以及與泡沫鎳的緊密結(jié)合，增加了催化材料的穩(wěn)定性。同時(shí)，活性物質(zhì)生長(zhǎng)在泡沫鎳骨架上可增大與電解液的接觸面積，加速電子傳遞進(jìn)而增大電催化活性;后者采用不同含量鐵進(jìn)行摻雜，調(diào)變金屬氧化物的最佳電子狀態(tài)，改

3、善電催化劑對(duì)OER的催化活性，并通過與一維導(dǎo)電性CNT進(jìn)行復(fù)合，提供活性物質(zhì)生長(zhǎng)基底，增加材料導(dǎo)電性以及穩(wěn)定性。具體研究如下:
　　1、采用簡(jiǎn)單的一步水熱方法，成功地將NiCo-POM生長(zhǎng)到電極泡沫鎳上，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和電催化性能進(jìn)行了研究。具體工作內(nèi)容如下:通過水熱，將NiCo-POM生長(zhǎng)到泡沫鎳電極上，成功地制各了新型的NiCo-POM和泡沫Ni復(fù)合材料，即NiCo-POM/Ni電極。將NiCo-POM/Ni作為OER電催化工作電

4、極，在10mA cm-2的電流下，過電勢(shì)為360 mV，顯示出優(yōu)良的電催化活性，Tafel斜率值為126 mV dec-1，表現(xiàn)了較快的動(dòng)力學(xué)過程。NiCo-POM/Ni電極具有較高的析氧效率，其法拉第效率為96％士5％。在pH=13的堿性條件下，活性保持10h不發(fā)生變化。
　　2、采用簡(jiǎn)單的一步溶劑熱方法，成功地將不同F(xiàn)e摻雜的CoWO4與CNT復(fù)合，并對(duì)其結(jié)構(gòu)和電催化性能進(jìn)行了研究。具體工作內(nèi)容如下:通過添加不同比例的Fe和C

5、o，合成一系列不同F(xiàn)e摻雜的CoWO4與CNT復(fù)合材料，即Co1-xFexWO4-CNT。將Co1-xFexWO4-CNT作為OER電催化材料，研究結(jié)果表明，電催化活性滿足火山型規(guī)則，其中Co0.5Fe0.5WO4-CNT具有最優(yōu)異的電催化性能，在電流密度10 mA cm-2時(shí)可以具有低至290 mV的過電勢(shì)以及低至42 mV dec-1的Tafel斜率值。在300 mV過電勢(shì)控制電壓催化中，10 mA cm-2的電流可以穩(wěn)定保持10h