進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái),電化學(xué)水分解技術(shù)因?yàn)榭梢陨a(chǎn)具有高比熱容的可持續(xù)且清潔的氫燃料和氧氣而引起了科研人員廣泛的興趣。與電催化水裂解全過(guò)程中的析氫反應(yīng)相比,電催化析氧由于它的反應(yīng)發(fā)生包含四個(gè)電子的轉(zhuǎn)移過(guò)程從而會(huì)使反應(yīng)在動(dòng)力學(xué)上較為困難一些,需要很高的過(guò)電勢(shì)才能產(chǎn)生足夠的電流密度。因此,為了在較低的過(guò)電勢(shì)下加速析氧反應(yīng)過(guò)程,目前商業(yè)常常使用一些貴金屬如RuO2/Ir O2等催化劑。然而,由于貴金屬昂貴的成本和地球上的稀缺性,它們的大規(guī)模應(yīng)用受到了限制。為了克服上述問(wèn)題,用非貴金屬催化劑材料取代成為必然的趨勢(shì)。在眾多非貴金屬催化劑中,過(guò)渡金屬磷酸鹽,由于其內(nèi)在的電催化活性被廣泛運(yùn)用于電化學(xué)水裂解領(lǐng)域。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些過(guò)渡金屬磷酸鹽催化劑表現(xiàn)出比貴金屬催化劑接近或更好的催化活性。然而,對(duì)于進(jìn)一步提高其催化活性,循環(huán)穩(wěn)定性,耐久性以及大規(guī)模生產(chǎn),前人還少有研究。本文通過(guò)簡(jiǎn)單快速的水熱、球磨機(jī)球磨以及超聲的方法合成了一系列的鎳鐵磷酸鹽催化劑。運(yùn)用控制變量的方法,調(diào)節(jié)催化劑的形貌、粒徑大小以及鎳鐵比例,以期達(dá)到最優(yōu)的催化電性能。論文的主要內(nèi)容如下:1.以泡沫鎳（NF）為基底,泡沫鎳（NF）和Fe（NO

【文章來(lái)源】：安徽師范大學(xué)安徽省

【文章頁(yè)數(shù)】：92 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

二維非晶FePO4納米片在Ni泡沫上的合成與結(jié)構(gòu)示意圖

5過(guò)電位勢(shì)為248mV，100mAcm-2的電流密度下過(guò)電勢(shì)需要323mV，同時(shí)具有非常小的tafel斜率45mVdec-1。超薄的一維結(jié)構(gòu)暴露出更多非晶氫氧化鐵包覆后的活性位點(diǎn)，導(dǎo)致活性位點(diǎn)鎳表現(xiàn)出更強(qiáng)大的析氧性能，如圖1-2所示。圖1-2單壁磷酸鎳納米管TEM圖(a)STEM圖(b)，(a)中插圖為高倍放大圖像。(c)單壁磷酸鎳納米管的EDX譜圖（銅和碳信號(hào)來(lái)源于銅柵極基板）。(d)(b)圖中EDX掃描鎳，磷，鐵的分布，(e)STEM圖和EDX元素分布圖。Fig.1-2(a)TEMimageand(b)STEMimageofNiPOSWNTs,theinsetof(a)isthehigh-magnificationimage.(c)EDXspectrumofNiPOSWNTs(thesignalsofCuandcarbonarederivedfromthecoppergridsubstrate).(d)EDXlinearscanningofNi,P,andOalongthelineasindicatedin(b).(e).STEMimageandEDXelementalmapsofabundleofNiPOSWNTs.2.2水熱法水熱合成方法是指以水作為反應(yīng)的溶劑，在封閉的體系中，施以較高的溫度和較高的壓力發(fā)生的反應(yīng)，再處理反應(yīng)產(chǎn)物的方法。Zeng課題組[16]，以氯化鈷為鈷源，磷酸氫二鈉為磷酸源，水熱條件下合成氫氧化鈷，再通過(guò)室溫下轉(zhuǎn)化為超薄磷酸氫鈷(CoHPi)納米片�；诓煌磻�(yīng)階段的研究，發(fā)現(xiàn)α-Co(OH)2向超薄磷酸氫鈷納米片的轉(zhuǎn)化實(shí)際上涉及了預(yù)溶解和再沉淀的過(guò)程，其中的α-Co(OH)2既用于Co源，又用于磷酸氫鈷(CoHPi)納米片的模板。厚度為3nm的磷酸氫鈷(CoHPi)納米片包含磷酸一氫根陰離子，它被用于析氧反應(yīng)(OER)中的質(zhì)子耦合電子轉(zhuǎn)移過(guò)程中充當(dāng)質(zhì)子受體。由于其超薄的結(jié)構(gòu)和陰離子中包含質(zhì)子受體的優(yōu)點(diǎn)，磷酸氫鈷(CoHPi)納米片擁有出色的析氧反應(yīng)(OER)催化性能，在10mAcm-2電流密度下的過(guò)電位僅為314mV，tafel斜率

6為31mVdec-1。相關(guān)合成步驟和TEM如圖1-3所示。圖1-3由六角形α-Co(OH)2血小板形成CoHPi納米薄片的示意圖。與該結(jié)構(gòu)演變有關(guān)的樣品的TEM圖像：(a，b)六方α-Co(OH)2血小板前體，(c，d)反應(yīng)2小時(shí)后獲得的樣品，(e，f)反應(yīng)3小時(shí)后的樣品，(g，h)反應(yīng)20小時(shí)后獲得的最終2D-CoHPi樣品。Fig.1-3SchematicillustrationoftheformationofCoHPinanoflakesfromthehexagonalα-Co(OH)2platelets.TEMimagesofsamplesrelatedtothisstructuralevolution:(a,b)hexagonalα-Co(OH)2plateletprecursor,(c,d)samplesobtainedafter2hofreaction,(e,f)after3hofreaction,and(g,h)final2D-CoHPisampleobtainedafter20hofreaction.Zhao課題組[17],報(bào)道了一種新型三維鐵摻雜磷酸鎳催化劑，該催化劑首先以泡沫鎳作為鎳源，水熱的方法合成鎳磷酸鹽前驅(qū)體，后運(yùn)用電沉積的方法，以氫氧化鐵為溶液，摻雜入鐵。所合成的鐵摻雜磷酸鎳在濃度為1M的KOH溶液中在電流密度為10mAcm-2下的過(guò)電位需要220mV，500mAcm-2電流密度下的過(guò)電位為290mV，文中稱為迄今為止最好的鎳基析氧反應(yīng)(OER)催化劑。此外，文中也探究了在電解液濃度為5M的氫氧化鉀溶液中，鐵摻雜磷酸鎳在達(dá)到1600mAcm-2下的所需要的過(guò)電位僅為332mV。并且穩(wěn)定性良好，意味著滿足工業(yè)堿性電解系統(tǒng)的需求。2.3微波法運(yùn)用微波的快速加熱、均質(zhì)的特點(diǎn)，加快反應(yīng)發(fā)生。由于微波加熱制備法具有操作容易，對(duì)儀器要求易達(dá)到等優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)高性能納米材料的重要技術(shù)之一。此外，由于微波法需要的反應(yīng)時(shí)間相對(duì)較少，可以擴(kuò)大反應(yīng)等顯著優(yōu)勢(shì)，逐漸在無(wú)機(jī)材料合成方面嶄露頭角[18-21]。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]NiS2/CoS2/MoS2納米片陣列:一種高效、廉價(jià)的堿性析氫電催化劑（英文）[J]. 張洋,石夢(mèng)童,汪長(zhǎng)征,朱亞星,李念武,蒲雄,于愛(ài)芳,翟俊宜.  Science Bulletin. 2020(05)
[2]基于多相硫化鎳鐵的高效析氧電極材料（英文）[J]. 李鵬松,趙秀萍,段欣璇,李亞平,鄺允,孫曉明.  Science China Materials. 2020(03)
[3]5Ws of Green and Sustainable Software[J]. Coral Calero,Javier Mancebo,Félix García,María ángeles Moraga,José Alberto García Berná,José Luis Fern ández-Alemán,Ambrosio Toval.  Tsinghua Science and Technology. 2020(03)
[4]有機(jī)膦酸鹽衍生的氮摻雜的磷酸鈷/碳納米管雜化材料作為高效氧還原電催化劑（英文）[J]. 趙揮,翁晨晨,任金濤,葛麗,劉玉萍,袁忠勇.  Chinese Journal of Catalysis. 2020(02)
[5]高質(zhì)量活性的Ni@RuM（M=Ni or Co）核殼@納米晶用于催化水分解（英文）[J]. 張閃,呂帆,張曉燕,張業(yè)龍,朱海雙,邢歡歡,慕梓杰,李敬,郭少軍,汪爾康.  Science China Materials. 2019(12)
[6]磷摻雜的介孔碳材料作為高效氧還原電催化劑（英文）[J]. 趙揮,胡忠攀,朱運(yùn)培,葛麗,袁忠勇.  Chinese Journal of Catalysis. 2019(09)



本文編號(hào)：3133704