發(fā)布時(shí)間：2020-08-26 14:50

【摘要】：電催化裂解水分解反應(yīng)其中一個(gè)半反應(yīng)是析氧反應(yīng)(OER)。IrO2和RuO2等貴金屬催化劑已被證明是OER最有效的催化劑體系之一。然而貴金屬催化劑的地球存有量少、成本高、長(zhǎng)期穩(wěn)定性差等缺點(diǎn)很大程度上阻礙了它們的發(fā)展與廣泛應(yīng)用。因此,開發(fā)出具有高電催化活性、優(yōu)異的耐久性和地球存有量足等特性的催化劑是一項(xiàng)有意義的工作。本論文探討了 Fe摻雜NiCoP多孔納米片陣列電催化裂解水析氧催化劑的性能,3DNi4Fe1.2-LDH繡球花納米結(jié)構(gòu)的電催化裂解水析氧催化劑的性能以及Fe摻雜的NiCoFeS納米材料對(duì)電催化裂解水析氧反應(yīng)的影響,并通過了一系列的表征手段,以及測(cè)試方法對(duì)相應(yīng)催化劑材料展開了具體研究:(1)通過簡(jiǎn)單的水熱和磷化方法制備了原位生長(zhǎng)在鎳泡沫上的Fe摻雜的NiCoFeP納米片陣列。NiCoFeP獨(dú)特的納米片陣列結(jié)構(gòu),快速的電子傳輸,同時(shí)Ni、Co、Fe和P四種元素也都是催化劑的活性位點(diǎn),四種元素之間存在協(xié)同作用,這些特點(diǎn)都有利于催化反應(yīng)的進(jìn)行。研究得出當(dāng)Fe的摻雜量為7%時(shí)所制備的NiCoFeP/NF在堿性電解液中表現(xiàn)出最佳的OER性能。在低過電位271 mV時(shí),它能達(dá)到的電流密度為200 mA/cm2,Tafel斜率為45 mV/dec。(2)通過簡(jiǎn)單溫和的水熱法制備Ni4Fe1.2-LDH繡球花結(jié)構(gòu)原位生長(zhǎng)在泡沫鎳上,主要對(duì)Ni、Fe不同的摩爾比和水熱溫度兩個(gè)變量進(jìn)行了研究,研究表明當(dāng)水熱溫度為100℃,Ni:Fe為4:1.2時(shí)的催化性能最佳。這可歸因于獨(dú)特的3D繡球花納米結(jié)構(gòu),Fe、Ni元素之間的協(xié)同效應(yīng),使得催化劑在過電位為258 mV的情況下,其電流密度可達(dá)到100 mA/cm2,在1M KOH溶液中表現(xiàn)出20 mV/dec的Tafel斜率。制備的Ni4Fe1.2-LDH是一種低成本、高效、具有較高穩(wěn)定性的電催化裂解水析氧催化劑。(3)利用水熱法將不同百分比的Fe摻雜進(jìn)NiCoS催化劑中,討論了不同百分比的Fe摻雜以及硫化過程中不同量的硫源對(duì)電催化裂解水析氧反應(yīng)的影響。發(fā)現(xiàn)當(dāng)Fe的摻雜量為5%、硫源的量為500 mg條件下制備的催化劑催化性能最佳,達(dá)到電流密度為10 mA/cm2時(shí)所需的過電位為365 mV。這可能源于Ni、Co、Fe、S都作為活性位點(diǎn),且它們之間存在協(xié)同作用,同時(shí)所制備材料具有分級(jí)多孔結(jié)構(gòu),在一定程度上促進(jìn)了催化劑與電解液的充分接觸,有利于OER反應(yīng)的發(fā)生。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：O643.36
【圖文】：

圖ｉ．ｉ水電解示意圖１１４］逡逑金屬氧化物，氫氧化物和鈣鈦礦等因能促進(jìn)ＯＥＲ反應(yīng)的材料的機(jī)制和途徑相對(duì)ＨＥＲ較復(fù)雜，氧通常是從金屬氧化物表來(lái)自裸露的金屬。ＯＥＲ機(jī)理對(duì)于氧化物的不同表面結(jié)構(gòu)來(lái)說成分的氧化物也可能由于不同的氧化層厚度和結(jié)構(gòu)及制備方學(xué)過程。盡管如此，ＯＥＲ的一般機(jī)制已被提出，如下：逡逑條件下，反應(yīng)路徑如下［１５］：逡逑0＾ＭＯＨ＋Ｈ＋＋ｅ＇－＞ＭＯ＋Ｈ＋＋ｅ＇２Ｍ＋０２０＋Ｈ２０—ＭＯＯＨ＋Ｈ＋＋ｅ－Ｈ＋Ｈ２０－＾Ｍ＋０２＋Ｈ＋＋ｅ＂）條件下，反應(yīng)路徑如下：逡逑Ｈ——ＭＯＨ＇

圖邋３．邋２邋ＮＦ，邋Ｎｉ－Ｃｏ邋前驅(qū)體／ＮＦ，邋ＮｉＣｏＰ／ＮＦ，邋Ｎｉ－Ｃｏ－Ｆｅ邋前驅(qū)體／ＮＦ，邋ＮｉＣｏＦｅＰ／ＮＦ邋的照片逡逑ｉＣｏＦｅＰ納米片陣列是通過水熱磷化反應(yīng)合成的。合成過程如下［６：＾７＜）］：將（ＮＦ，１邋ｃｍｘｌ邋ｃｍ）在丙酮中超聲１０邋ｍｉｎ，浸入３邋Ｍ邋ＨＣ１中２０邋ｍｉｎ，使Ｎ性ＮｉＯ層溶解，然后用去離子水和乙醇洗滌數(shù)次。將４邋ｍｍｏｌ不同摩爾屬前體（包括邋Ｃｏ（Ｎ０３）ｒ６Ｈ２０、Ｆｅ（Ｎ０３）３．９Ｈ２０邋和邋Ｎｉ（Ｎ０３）２．６Ｈ２０），８邋ｍｍ和１０邋ｍｍｏｌ尿素，溶解于７０邋ｃｍ＾去離子水中，在磁力攪拌下形成均勾的。將ＮＦ和得到的溶液轉(zhuǎn)移到１００邋ｃｍ３高壓反應(yīng)釜中，然后在１００邋°Ｃ下保－１７－逡逑

逑５％、７％、１０％和１３％）的ＮｉＣｏＦｅＰ的特征衍射峰與ＮｉＣｏＰ完全重合，并且沒逡逑有出現(xiàn)其他雜質(zhì)峰（圖３．３邋（ｂ））。這可能是因?yàn)椋危�、Ｃｏ和Ｆｅ的元素半徑是相似逡逑的，并且Ｆｅ被嵌入到ＮｉＣａＰ的晶格中［３，４８，７２］，替代鎳和鈷并產(chǎn)生晶格缺陷。在逡逑一定程度上，這些晶格缺陷可以暴露出更多的活性位點(diǎn)，從而促進(jìn)ＯＥＲ的發(fā)生［７３］。逡逑—１邋＇邋＇邋一逡逑１邋邐邐邋％邐ｊ邋邐逡逑ｃ邋；ｄ；逡逑＾ｖ邋二．＇：：：：？：：栜＾逡逑＇邋：．：．．．：．＇．：：．：＿酵＾＾邐：：ｒ＿邐．逡逑圖３．邋４邋（ａ，邋ｂ）空白ＮＦ的ＳＥＭ圖及其放大圖；（ｃ，邋ｄ）邋ＮｉＣｏＦｅＰ／ＮＦ的ＳＥＭ圖及其放大圖逡逑如ＳＥＭ圖（圖３．４邋（ａ，ｂ））所示，ＮＦ具有多孔結(jié)構(gòu)和光滑表面。多孔結(jié)構(gòu)逡逑不僅在為催化劑生長(zhǎng)提供大的空間方面起著重要的作用，而且還可以用作氣泡釋逡逑放的良好通道，以防止由于氣泡的積聚導(dǎo)致的催化性能下降［６５］。水熱反應(yīng)和磷化逡逑后，催化劑均勻的長(zhǎng)在ＮＦ的骨架上（圖３．４邋（ｃ，ｄ））。如圖３．５邋（ａ），（ｂ）和（ｃ）逡逑所示納米片在ＮＦ上均勻生長(zhǎng)形成了納米片陣列。有趣的是

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 王盼;郭建釗;王宇新;;新型析氧電催化劑IrO_2/ATO的高效制備及性能[J];化學(xué)工業(yè)與工程;2015年02期

2 崔鑫;林瑞;趙天天;楊美妮;馬建新;;過渡金屬合金催化劑催化作用機(jī)理研究進(jìn)展[J];化工進(jìn)展;2014年S1期

3 王森林;鮑晉珍;;電沉積Ni/LaNiO_3復(fù)合電極及其在堿性介質(zhì)中的析氧性能[J];中國(guó)稀土學(xué)報(bào);2012年03期

本文編號(hào)：2805315