【摘 要】
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电解水是一种最广泛的制备氢能的方法,它涉及阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）。其缓慢的动力学过程可以通过高效的电催化剂来加速,从而降低其过电位以提高能量转换效率。因此,研究开发能够替代贵金属提高和OER速率的低成本且高效稳定的电催化剂是必要的。基于之前的研究表明双金属氢氧化物和过渡金属碳化物具有廉价易得、储量丰富、电子结构可控等优势,本文利用过渡金属原子掺杂等化学改性技术,制备出具
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电解水是一种最广泛的制备氢能的方法,它涉及阴极的析氢反应（HER）和阳极的析氧反应（OER）。其缓慢的动力学过程可以通过高效的电催化剂来加速,从而降低其过电位以提高能量转换效率。因此,研究开发能够替代贵金属提高和OER速率的低成本且高效稳定的电催化剂是必要的。基于之前的研究表明双金属氢氧化物和过渡金属碳化物具有廉价易得、储量丰富、电子结构可控等优势,本文利用过渡金属原子掺杂等化学改性技术,制备出具有高催化活性和稳定性的碳化物电催化材料。通过控制双金属元素的比例,制备出了钴铁层状双金属氢氧化物,探索改变金属阳离子配比时对形貌和电化学性能的影响,得出最优的金属元素比例。主要结论如下:（1）以泡沫镍为基底,利用一步水热法和退火处理制备出了碳化铁（Fe3C）纳米片,通过调节水热时间及温度,研究了所制备碳化物材料的OER催化性能。结构表征及电化学性能测试表明,当水热时间为8 h,水热温度为140℃时,材料表现出较好的电化学性能,能够保持60 h的催化活性。（2）通过水热法在泡沫镍基底上原位合成铁掺杂钴基氢氧化物（CoxFey-LDH/NF）,研究了铁的掺杂量对钴基氢氧化物形貌、结构以及OER催化性能的影响。测试结果表明,Co3Fe1-LDH/NF催化剂在碱性电解液中表现出优异的OER电催化活性和稳定性。Co3Fe1-LDH/NF催化剂在10 m A cm-2电流密度下仅需要201 m V的低过电位,塔菲尔斜率低至47.9 m V·dec-1。通过结构表征证明,Co3Fe1-LDH/NF材料具有的优异的电催化性能主要归因于Co3Fe1-LDH/NF材料具有丰富的活性位点,独特的纳米针形貌,良好的导电性,以及钴和铁元素之间的协同效应。
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