NiFe2O4催化劑的制備及其電催化水氧化性能的研究.pdf

1、隨著能源與環(huán)境問(wèn)題的日益嚴(yán)峻，發(fā)展低成本環(huán)境友好的清潔能源吸引了人們廣泛的關(guān)注。其中，利用高效且成本低廉的電催化劑催化分解水制取氫氣被認(rèn)為是最有前途的制備清潔能源的途徑之一。然而，受制于涉及4電子和質(zhì)子轉(zhuǎn)移的水氧化過(guò)程的高能壘，開(kāi)發(fā)高活性、低過(guò)電勢(shì)的催化劑用于水氧化過(guò)程成為電催化水分解的關(guān)鍵。過(guò)渡金屬氧化物是非常有潛力的水氧化催化劑，這主要得益于金屬氧化物在堿性電解液中水氧化的本質(zhì)特性。鎳鐵氧化物由于其低成本和可調(diào)控的電子組態(tài)成為電催化

2、水氧化的研究熱點(diǎn)。然而尖晶石型NiFe2O4并沒(méi)有展現(xiàn)出優(yōu)異的催化活性，這可能與其表面催化活性位點(diǎn)少且導(dǎo)電性不佳有關(guān)。基于此，本論文主要圍繞提升尖晶石型NiFe2O4的電催化活性而展開(kāi)，主要分為以上兩個(gè)部分:
　　1.基于缺陷工程提升介孔NiFe2O4的電催化水氧化性能
　　通過(guò)硬模板法制備出介孔NiFe2O4，首次在其表面引入一系列不同濃度的氧空位來(lái)研究其電催化水氧化性能。采用高角環(huán)形暗場(chǎng)掃描透射顯微鏡（HAADF-STE

3、M）、同步輻射X射線吸收光譜(XAS)和光電子能譜儀(XPS)分析其形態(tài)結(jié)構(gòu)和電子組態(tài)。電催化水氧化測(cè)試表明氧空位的引入能夠極大的提升其催化性能。結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論分析表明，NiFe2O4表面的氧空位作為催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)，不僅升高NiFe2O4的d-band中心，增強(qiáng)反應(yīng)中間體與材料表面的吸附，而且在禁帶內(nèi)引入雜質(zhì)能級(jí)而提高材料的導(dǎo)電性，因而催化性能較無(wú)氧空位缺陷的NiFe2O4優(yōu)異，并且是目前報(bào)道NiFe2O4催化活性最高的。
　

4、　2.碳包覆NiFe2O4納米顆粒展現(xiàn)出高質(zhì)量比活性和高穩(wěn)定性
　　通過(guò)高溫真空處理Ni/Fe油酸復(fù)合物再經(jīng)炭化得到碳包覆NiFe2O4納米顆粒，展現(xiàn)出非常優(yōu)異的電催化水氧化性能，其起始過(guò)電位為220mV且達(dá)到10mAcm-2時(shí)所需過(guò)電勢(shì)為300mV。值得注意的是，當(dāng)催化劑負(fù)載量為1μg時(shí)其質(zhì)量比活性高達(dá)5000Ag-1，且能在5mAcm-2下穩(wěn)定250小時(shí)以上。這表明碳包覆NiFe2O4納米顆粒是非常優(yōu)異的高效電催化水氧化催化劑