電解水是最方便、綠色和可持續(xù)的制氫方法之一。然而,析氧反應(yīng)(OER)具有緩慢的動(dòng)力學(xué)和高過(guò)電位,而被認(rèn)為是限制電解水發(fā)展的主要因素。最近,作為OER電催化劑的層狀雙氫氧化物(LDH)由于其可調(diào)的化學(xué)組分和獨(dú)特的電子結(jié)構(gòu)而引起了很大的興趣。由于可調(diào)節(jié)的Ni~(2+)和Fe~(3+)的協(xié)同效應(yīng),NiFe-LDH被公認(rèn)是一種很好的OER電催化劑。但是由于NiFe-LDH自身結(jié)構(gòu)及導(dǎo)電性的限制,其活性位點(diǎn)暴露并不充分,而且其活性位點(diǎn)的催化活性不能得到最大程度的利用。NiFe-LDH中的陽(yáng)離子空位是改善其質(zhì)量傳輸能力、增加其活性位點(diǎn)、提高其OER性能最有效的方法。然而現(xiàn)有的制備富含陽(yáng)離子空位Ni Fe-LDH的方法都存在工藝比較復(fù)雜,設(shè)備昂貴,原料毒性大,制備周期長(zhǎng)等缺點(diǎn),而且制備出的樣品大都為粉末狀態(tài),需要添加導(dǎo)電劑和粘接劑,影響電極的催化性能和穩(wěn)定性。本課題首先利用陽(yáng)極氧化法在1j83合金表面原位生成一層結(jié)合力良好的陽(yáng)極氧化膜作為前驅(qū)體;然后通過(guò)堿性水熱將膜層轉(zhuǎn)化為NiFe-LDH,并將膜層中Mo元素溶出而得到陽(yáng)離子空位;研究還發(fā)現(xiàn)通過(guò)改變水熱溫度可以控制膜層中陽(yáng)離子空位的含量。研究表明,陽(yáng)極氧化最佳參數(shù)為:1wt.%NH_4F+80wt.%H_3PO_4的電解液成分,5 V的陽(yáng)極氧化電壓和15 min的陽(yáng)極氧化處理時(shí)間;堿性水熱最佳參數(shù)為:0.2 M NaOH水溶液作為水熱溶液,在120℃溫度條件下水熱制備4 h。對(duì)陽(yáng)極氧化+堿性水熱兩步法制備的NiFe-LDH催化劑進(jìn)行了詳細(xì)的電化學(xué)表征,結(jié)果表明:研究中制備的NiFe-LDH電極的OER性能良好,電流密度為10 mA cm~(-2)時(shí)的過(guò)電位僅為250 mV,而300 mV過(guò)電位時(shí)的電流密度達(dá)到了104 mA cm~(-2),與商用IrO_2/C催化劑相比有了極大的提升;研究中制備的NiFe-LDH電極可以直接用作電解水陽(yáng)極材料,而不需要任何的粘接劑,具有良好的穩(wěn)定性,在恒流條件下測(cè)試其壽命24 h未發(fā)生明顯衰減。本課題研究的富含陽(yáng)離子空位Ni Fe-LDH電極的制備方法有望推廣到其它析氧電極的研究,為電解水制氫的工業(yè)化應(yīng)用提供關(guān)鍵材料。
【學(xué)位單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TQ116.21
【部分圖文】：

成本低、來(lái)源廣，所以具有較高的研究?jī)r(jià)值，但是目前該領(lǐng)域的研究依段，技術(shù)相對(duì)不成熟，無(wú)法應(yīng)用于生產(chǎn)。相比于前述的各個(gè)制氫技術(shù)，電低、設(shè)備簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟、能制備出高純的氫氣而備受矚目，成為了目前技術(shù)。電解水制氫解水是一種比較成熟的制氫方法，有著悠久的歷史。1800 年，Nicholson 和出電解水的概念，從此電解水技術(shù)開(kāi)始逐步發(fā)展成熟起來(lái)[10]。工業(yè)水電解也已有 100 多年歷史[11]。最初，電解水的介質(zhì)為酸性電解液，但酸性物質(zhì)電解槽等設(shè)備的腐蝕問(wèn)題，至今仍沒(méi)有穩(wěn)定且高效的酸性電解水催化劑，模應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。在 1978 年，科學(xué)家開(kāi)發(fā)了堿性電解水，其與酸性電是：操作簡(jiǎn)單，成本低且腐蝕性較低[12]。圖 1-1 為堿性電解水裝置的示意電源、電解槽、電解液、隔膜、陰陽(yáng)兩電極及其催化劑組成。

圖 1-2 RuO2的晶體結(jié)構(gòu)Figure 1-2 Crystal stucture of RuO2氧化物由于其顯著的催化性能，高導(dǎo)電性和優(yōu)異的結(jié)構(gòu)穩(wěn) 領(lǐng)域。尖晶石型氧化物的通式為 AB2O4，其通常由 A 和在八面體間隙處的+3 價(jià)態(tài)的陽(yáng)離子 B 組成，其結(jié)占據(jù)每個(gè)八面體或四面體位置的方式，尖晶石或者構(gòu)。對(duì)于正常尖晶石結(jié)構(gòu)，所有 A2+陽(yáng)離子都占據(jù)據(jù)八面體間隙。然而，在反尖晶石結(jié)構(gòu)中，A2+存在位于四面體間隙，另一半位于八面體間隙。因?yàn)殡娚S遷，所以尖晶石結(jié)構(gòu)通常表現(xiàn)出良好的導(dǎo)電性大多數(shù)尖晶石型氧化物是摻雜了其他過(guò)度金屬或堿

華南理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文種現(xiàn)象可能是由于對(duì) Jahn-Teller 畸變的抑制[28]，類似＜x＜1）體系可以在降低 Mn 含量的情況下發(fā)揮更好石雙金屬氧化物與單金屬尖晶石氧化物相比表現(xiàn)出屬氧化物中的不同金屬離子在 OER 中可能發(fā)揮不是一種比較有效的提高尖晶石 OER 性能的方法[29-

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本文編號(hào)：2834125