電解水是目前清潔能源轉(zhuǎn)化的重要方式之一,受到大家的廣泛關(guān)注。包括析氫反應(yīng)（HER）和析氧反應(yīng)（OER）兩部分。與陰極反應(yīng)HER對(duì)比發(fā)現(xiàn),在陽極發(fā)生的OER反應(yīng),具有復(fù)雜的多電子轉(zhuǎn)移過程,反應(yīng)動(dòng)力學(xué)緩慢,是進(jìn)一步提高水分解效率的關(guān)鍵瓶頸。目前商業(yè)用的多為貴金屬基材料,價(jià)格昂貴,穩(wěn)定性較差,無法大規(guī)模廣泛使用。過渡金屬氫氧化物因具有產(chǎn)量豐富、價(jià)格低廉等優(yōu)勢(shì),被研究者發(fā)現(xiàn)并應(yīng)用于電催化析氧方面,尤其在堿性電解液中,這類材料更具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。隨著研究的進(jìn)一步深入,氧缺陷在OER電催化方面的重要作用凸顯出來。氧缺陷的存在可以有效地調(diào)節(jié)或改變電子在材料表面的分布,進(jìn)而調(diào)節(jié)材料的本征活性。因此,本論文對(duì)過渡金屬氫氧化物中氧缺陷及其對(duì)過渡金屬材料表面電子分布的積極影響進(jìn)行了總結(jié)和討論,主要包括以下兩部分工作:1、采用一步水熱合成法制備了具有超長(zhǎng)針狀形貌的氮摻雜的Co（OH）F材料,并將其負(fù)載在導(dǎo)電基底碳紙上。實(shí)驗(yàn)選取氟化鈉和尿素作為提供陰離子F和雜原子N的原料。采用掃描電鏡（SEM）,透射電鏡（TEM）等表征手段證明超長(zhǎng)針狀形貌對(duì)于提高材料OER催化性能的重要性。同時(shí)利用X射線光電子能譜分析（XP... 

【文章來源】：東北師范大學(xué)吉林省 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

左HER和右OER的極化曲線

(l)從以上公式機(jī)理可見，反應(yīng)中會(huì)出現(xiàn)相同的中間體MOH和MO，主要的不同在于產(chǎn)生氧的反應(yīng)過程。從圖1.2可見從M-O中間體形成氧有兩種途徑。一種是綠色的線通過2個(gè)M-O分子結(jié)合產(chǎn)生氧氣，另一種途徑是黑色線，經(jīng)過MOOH中間體，分解產(chǎn)生氧氣。除此之外，人們普遍認(rèn)為OER的電催化反應(yīng)是一種多相反應(yīng)，在這種反應(yīng)中，中間體MOH、MO和MOOH之間的鍵合相互作用（M-O）是影響電催化性能的關(guān)鍵因素[1,3]。圖 1.2 藍(lán)色線的表示酸性條件下的 OER 形成機(jī)理，紅色的線表示堿性條件下的OER 形成機(jī)理。黑色的線表明氧析出過程包含過氧化物（M-OOH）中間體的形成，而另一個(gè)直接反應(yīng)的路線（綠色線）是兩個(gè)相鄰的氧（M-O）中間體產(chǎn)生氧氣的過程。1.3 堿性電解液中的過渡金屬析氧催化劑貴金屬IrO2、RuO2類材料在酸性條件和堿性條件下對(duì)OER的高電催化活性，使得它們被公認(rèn)為是 OER 的基準(zhǔn)電催化劑。但是它們?cè)嫌邢蓿瑑r(jià)格昂貴，尤其當(dāng)它們應(yīng)用于堿性電解液中

下的正電位下才能穩(wěn)定[44]。Dau[45]等人發(fā)現(xiàn)所有用于水氧化的氧化鈷薄膜都具有邊緣共享的 CoO6八面體的特征，從而推斷出 O-O 鍵的形成發(fā)生在鈷氧化物簇的邊緣。他們指出，沒有特定的“配方”來合成可用的催化劑，例如特定的陰離子或氧化還原失活的陽離子，但這些因素在確定尺寸和電勢(shì)方面起著重要作用。Dismukes[46]等人合成了兩種形式的鋰鈷氧化物，并確定了 Co4O4立方中心的存在對(duì)材料的水氧化活性的影響。Wang[47]和他的同事能夠在沒有支持配體的情況下合成尺寸可控的 Co3O4納米粒子，并發(fā)現(xiàn)控制尺寸大小和阻止物種擴(kuò)散到表面的配體的缺席對(duì)活性是必不可少的。在一項(xiàng)電化學(xué)研究中，Lyons[48]等人發(fā)現(xiàn) CoⅣ是活性物種。其他常見的過渡金屬氧化物比如 NiOx，在 1966 年被 Bode[49]確定為水氧化催化劑，在二十世紀(jì)八十年代被深入研究。還有無定型的 Fe2O3被 Berlinguette等人發(fā)現(xiàn)具有較好的水氧化活性[50]。隨著研究深入，人們發(fā)現(xiàn)將少量的 Fe 摻入鎳的氧化物中可以改善其催化活性[51,52]。近一步說明混金屬的催化活性要好于單一金屬，促進(jìn)了過渡金屬氧化物的發(fā)展。對(duì)于混合多金屬的過渡金屬氧化物，主要包括鈣鈦礦型和尖晶石型。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]摻釔α-Ni（OH）2的研究[J]. 楊書廷,陳改榮,尹艷紅,陳紅軍,賈俊華.  應(yīng)用化學(xué). 2001(09)



本文編號(hào)：3335406